[发明专利]一种围绕水翼空化流固耦合数值模拟方法

说明书

本申请涉及一种围绕水翼空化流固耦合数值模拟方法，包括：确定围绕三维水翼的流体域，并对所述流体域进行网格划分；建立空化流动的流体运动方程组；根据所述空化流动的流体运动方程组和预设边界条件得到所述流体域的空化数值模拟结果；根据所述空化数值模拟结果，以及通过径向基函数的插值方法进行非定常流固耦合计算，得到所述三维水翼的结构振动特性与所述流体域的空化流动规律。该技术方案本申请实施例提供的方法，通过基于悬臂梁模态的三维水翼结构，建立了能反映复杂空化流动和三维水翼结构的时空演变规律的数值模拟方法，进而实现提高空化流固耦合模拟精度。

技术领域

本申请涉及流固耦合数值模拟领域，尤其涉及一种围水翼空化流固耦合数值模拟方法。

背景技术

空化是水力机械、海洋工程领域的一种极为复杂的非定常现象，伴随着空化初生、发展、脱落和溃灭，会造成水动力的时空演化，特别是空泡溃灭所产生的瞬态高压脉冲会对结构造成巨大的冲击载荷。反过来，结构形状的改变也会影响空化的流动特性。这是一种典型的流体与结构相互作用的流固耦合现象。与传统的金属材料相比，复合材料具有比重小、比强度大等优点，使其开始在水力机械、海洋工程领域中广泛应用。在这种情况下，空化流激振动成为影响结构安全和稳定运行的不可忽视的问题。

针对绕弹性水翼的空化流固耦合问题，很多学者将三维水翼的弯曲、扭转简化为二维水翼在平面上的平动、转动，无法真实的模拟空化所造成的水动力载荷时空分布，也无法反映水翼的三维扭转效应。因此，发展针对三维弹性水翼的高效率的空化流固耦合数值模拟方法具有重要性，也具有必要性。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种围绕水翼空化流固耦合数值模拟方法。

本申请实施例提供了一种围绕水翼空化流固耦合数值模拟方法，包括：

确定围绕三维水翼的流体域，并对所述流体域进行网格划分；

建立空化流动的流体运动方程组；

根据所述空化流动的流体运动方程组和预设边界条件得到所述流体域的空化数值模拟结果；

根据所述空化数值模拟结果，以及通过径向基函数的插值方法进行非定常流固耦合计算，得到所述三维水翼的结构振动特性与所述流体域的空化流动规律。

在一个可能的实施方式中，所述确定围绕三维水翼的流体域，包括：

确定所述三维水翼的结构；

根据所述三维水翼的结构建立所述三维水翼的流体域。

在一个可能的实施方式中，所述建立空化流动的流体运动方程组，包括：

根据质量守恒以及动量守恒建立第一控制方程组，所述第一控制方程组包括：连续性方程，动量方程以及含汽率输运方程；

基于空泡动力学方法建立空化模型；

对所述连续性方程以及所述动量方程分别进行平均得到第二控制方程组；

根据所述空化模型以及第二控制方程组建立所述流体运动方程组。

在一个可能的实施方式中，

式中，为求偏导数，ρ为混合相密度，u_j为在j方向上的速度量，x_j为位置分量，t为时间；

所述动量方程为：

式中，为求偏导数，u_i为在i方向上的速度量，u_j为在j方向上的速度量，p为压力，μ为流体粘度，x_j为坐标分量，x_i为坐标分量；

所述含汽率输运方程为：