通气空泡流中洞壁效应对空化数和压力场影响的研究

陈 鑫 ， 鲁传敬 ， 曹嘉怡 ， 李 杰 ， 郭建红

（上海交通大学a.工程力学系；b．海洋工程国家重点实验室；c.水动力学教育部重点实验室，上海 200240）

1 引 言

虽然高速水下航行体通常运动在广阔的水域中，但模型试验却是在有边壁或自由面的设备中进行的，邻近的固壁边界对于空泡形态和水动力可能产生显著的影响，即所谓洞壁效应。对闭式水洞，必须考虑阻塞问题。流动的限制促使局部流速增大，并形成比较大的空泡。在某个大于0的空化数下，流动可能被阻塞，从而无法得到更低的空化数。

关于空泡流洞壁效应的问题，以往的研究多集中在具有简单几何外形的自然空泡流问题上[1-2]，如平板、楔形体和圆锥等。Birkhoff等[3]以无升力楔形体的阻塞空泡流为研究对象，理论分析结果表明传统试验中定义的阻力系数对洞壁距离的影响十分敏感。Wu[4]采用不同的闭合模型，对闭式水洞中二维空泡流的外形和阻力系数进行了理论求解，并加以修正以适用相应的无界流动。

上述对洞壁效应问题的研究工作都是基于传统的势流理论，对空化流场内部流场的精细结构以及初生、发展、溃灭和脱落下泻等过程，这类方法缺乏有力的手段。另一方面，势流理论框架内无法考虑粘性，而粘性对空泡脱体点、空泡闭合区等有直接影响。

本文以一个带圆盘空化器的水下航行体模型为研究对象，基于均质平衡多相流理论和输运方程类空化模型，通过求解混合介质的RANS方程、RNG k-ε湍流……