非定常空化流动计算中空化模型参数的影响分析

简介：
本文探讨了在非定常空化流动计算中的关键问题，着重分析了几种常用空化模型参数对数值模拟结果的影响，为更准确地预测和控制实际工程中的空化现象提供了理论依据。 空化是指在液体环境中由于压力变化而产生的汽液两相转换现象，这通常包括了液体蒸发以及蒸汽凝结的过程。这种现象可以在多种工程场景中出现，例如水泵、螺旋桨及水翼等设备，并且对这些设备的设计和分析来说，准确模拟这一过程具有重要意义。 空化模型是理解并预测空化流动的关键工具，其准确性直接影响计算结果的可靠性。在这样的模型里，两个至关重要的物理参数为空泡半径与含气率。前者影响着空泡的动力学行为如生长及溃灭的速度；后者则涉及流体中蒸汽和气体所占体积的比例，并进一步影响到液体动力学特性。 商业软件允许用户通过UDF（User Defined Function）进行二次开发，以适应特定工程问题的需求并优化内置的空化模型。例如，在模拟非定常空化流动时，研究者通常采用混均相流混合模型来考虑汽液两相之间的质量传输效应，并且修正后的Kubota模型就是其中一种有效方法。 在湍流条件下进行空化的数值模拟时，RNG k-ε湍流模型是常用的工具之一。该模型中的系数和项需要依据具体流动环境进行适当调整以获得更准确的结果。此外，在蒸发与凝结过程中设定的常数eF和cF也对相间质量转换率有重要影响。 通过数值模拟可以发现，空化模型参数的选择会直接影响到计算结果的准确性。例如，简化处理如将气泡半径及非溶性气体体积分数设为恒定值虽然能减少计算复杂度，但忽略了实际过程中这些因素的变化情况。因此，在进行详细的二次开发技术研究时，需要深入分析Kubota空化模型中的经验系数对模拟结果的影响。 为了更好地理解参数选择的重要性以及它们如何影响到最终的数值模拟效果，研究人员通过绕Clark-y型水翼的云状空化流动进行了详细的研究，并得出结论认为气泡半径和不溶性气核的质量分数等参数对于精确计算至关重要。因此，在进行这类复杂流体动力学问题的分析时，正确选择并优化这些模型中的关键参数是至关重要的步骤之一。