基于动力学模态分解法的绕水翼非定常空化流场演化分析

• 作者: 孙铁志 张桂勇 谢庆墨 陈亮
• 来源期刊: 力学学报
• 学科: 物理学
• 关键词: 水翼 非定常空化 动力学模态分解 流场重构
• 年，卷（期）: 2020,（4）
• 所属期刊栏目: 流体力学
• 页码范围: 1045-1054
• 页数: 10页
• 分类号: O351
• 语种: 中文
• DOI: 10.6052/0459-1879-20-062

摘要

空化是船舶和水下航行体推进器中经常发生的一种特殊流动现象,它具有强烈的非定常性,空化的发生往往会影响推进器的水动力性能和效率.为探究绕水翼非定常空化流场结构,本文基于Schnerr-Sauer空化模型和SST k-ω湍流模型,开展绕二维水翼非定常空化流动数值预报与流场结构分析.通过将数值预报的空泡形态演变和压力数据与试验结果对比,验证了建立的数值方法的有效性.并基于动力学模态分解方法对空化流场的速度场进行模态分解,分析了各个模态的流场特征.结果表明,第一阶模态对应频率为0,代表平均流场;第二阶模态对应频率约为空泡脱落频率,揭示了空泡在水翼前缘周期性地生长与脱落,第三阶模态对应频率约为第二阶模态的2倍,揭示了两个大尺度旋涡在水翼后方存在融合行为.第四阶模态对应频率约为第二阶模态的3倍,具有更高的频率,表征流场中存在一些小尺度旋涡的融合行为.最后对不同空化数下的空化流场进行了模态分解分析,发现脱落空泡的旋涡结构随着空化数的减小而增大,第二阶模态频率随着空化数的减小而减小.