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空化对叶顶间隙泄漏涡演变特性及特征参数影响的大涡模拟研究

         
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利用大涡模拟方法及一个考虑气核效应的欧拉?拉格朗日新空化模型,对绕NACA0009水翼叶顶间隙泄漏涡(top-leakage vortex,TLV)及其空化流动开展了高精度的模拟,结果显示数值模拟与实验吻合较好.在此基础上进一步讨论了不同间隙大小对TLV空化的演变行为及其发生前后TLV强度、气核分布以及切向速度分布等特征参数的变化规律,分析了TLV空化对TLV演变行为及其特征参数的影响机制.结果表明,空化发生后,TLV的强度主要受片空化演变行为的影响,TLV空化对其自身强度的影响较小.此外,间隙越小,片空化越不稳定,TLV的强度也会呈现相应的准周期性波动.随着间隙的逐渐增大,片空化强度逐渐减小,其不稳定性也逐步减弱,TLV强度逐渐恢复至无空化时的水平,其波动也会逐渐减小.空化对涡心处气核分布会产生较为明显的影响,其影响程度取决于空化发生后TLV在空间上的稳定性以及TLV空化的强度.此外,空化发生后,TLV半径会在一定程度上增大,且在空化区域外围形成"类刚体旋转"的切向速度分布特性,其形成原因主要是空化生长引起的膨胀过程以及流动的黏性作用.

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