[发明专利]一种空化可压缩流动激波动力学数值模拟方法

摘要

本发明公开的一种空化可压缩流动激波动力学数值模拟方法，属于空化可压缩流动、激波动力学数值模拟领域。本发明基于三维几何建模软件建立三维计算流域；基于网格划分软件划分三维计算流域网格；建立空化可压缩流动计算流体力学模型；设定初始边界条件进行三维计算域流场数值计算；基于流场后处理软件对计算结果进行后处理，获得多相空泡结构的非定常演化过程。本发明有助于对空化物理机制的深入研究，能够应用于空化可压缩流动、激波动力学数值模拟领域并解决相关工程问题。空化可压缩流动、激波动力学数值模拟工程应用领域包括水力机械、船舶螺旋桨、航空涡轮泵诱导轮、水下超空泡武器应用。

主权项

1.一种空化可压缩流动激波动力学数值模拟方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：基于三维几何建模软件建立三维计算流域；对于给定的水翼模型，基于三维几何建模软件基于试验段尺寸建立三维计算流域，流域入口至水翼前缘为水翼上游来流区域，水翼尾缘至流域出口为水翼下游尾迹区域，为保证来流均匀以及尾迹充分发展，上游区域至少大于两倍水翼弦长，下游区域至少大于五倍水翼弦长，水翼展向距离为试验段宽度，水翼位于试验段中心位置，高度方向为试验段高度；步骤二：基于网格划分软件划分三维计算流域网格；对步骤一中的三维计算流域进行网格划分，水翼周围进行网格加密，以捕捉更多流动细节，并对水翼下游尾迹选定区域进行加密，通过加密选定区域实现精确捕捉脱落空泡输运、溃灭以及激波产生、传播等细节；所述的流动细节包括准确预测不同尺度空泡团脱落溃灭过程、以及空穴诱导壁面压力脉动、压力脉冲强度和脉冲载荷位置；步骤三：建立空化可压缩流动计算流体力学模型；建立空化可压缩流动计算流体力学模型，包括空化可压缩流动控制方程组，物理模型及汽/液相热力学状态方程，空化模型和湍流模型；步骤四：设定初始边界条件进行三维计算域流场数值计算；在求解器中，根据试验工况给定三维流域入口处来流速度，三维流域出口处压力，三维计算流域中水翼模型表面及三维计算流域上下边界及前后边界为无滑移壁面边界条件，同时进出口压力采用无反射压力条件以避免激波在进出口处发生反射；为对步骤一和步骤二所述的三维计算流域中空化可压缩流场进行求解，利用可压缩空化求解器进行流场数值计算，得到三维流域的数值计算结果；步骤五：基于流场后处理软件对计算结果进行后处理，获得多相空穴结构的非定常空泡演化过程，所述非定常空泡演化过程包括附着型空穴生长，回射流产生及推进，空穴断裂及空泡脱落，脱落空穴溃灭激波产生、传播及其与空穴相互作用，分析在非定常过程中空化湍流结构演化，得到空穴溃灭激波特性。