螺旋槳空化演變與壓力脈動關在線上理研究

《螺旋槳空化演變與壓力脈動關在線上理研究》是依託清華大學，由季斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：螺旋槳空化演變與壓力脈動關在線上理研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：季斌
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

螺旋槳空化演變與其振動和噪聲特性密切相關，而螺旋槳空化條件下誘發的壓力脈動是水力機械領域的重要學術問題。本課題採用水翼機理實驗、理論分析和數值模擬相結合的方法，以揭示螺旋槳在非均勻流條件下的空化與壓力脈動關在線上理為目標，擬開展的研究內容包括：設計三維扭曲水翼，開展空化機理實驗，分析三維水翼空化演變特徵、力特性以及典型位置處的壓力脈動內在關係；參照實驗結果，開展空化與湍流相干機理的高精度SGS模型研究，並詳細探究空化脫落與升阻力變化及壓力脈動關在線上制；在此基礎上，開展螺旋槳在非均勻來流條件下的空化流動演變及其誘導的壓力脈動高精度DES模擬；基於數值模擬結果，採用渦動力學方法和空泡動力學理論，深入研究螺旋槳上空化誘導的壓力脈動激增機理，總結出一些工程上控制空化壓力脈動的具體措施和建議。該研究可為解決我國水力機械學科和船舶行業的關鍵問題提供技術支撐，具有重要的學術價值和工程套用價值。

結題摘要

螺旋槳空化流動及其演變對船舶振動和噪聲特性有著根本性的影響，其相關機理的認識和把握對提高軍用艦船的隱蔽性，乃至現代高技術要求下的民用船舶具有很現實的意義。本課題採用水翼機理實驗、理論分析和數值模擬相結合的方法，開展了非均勻來流條件下螺旋槳非定常空化湍流流動演變及其誘導的壓力脈動研究。具體工作如下：在小型多功能空化水洞中開展了水翼空化機理試驗，並分別開展了多工況的高速攝影分析；開展了三維水翼的非穩態空化大渦模擬研究，發展了一種可考慮空化湍流相互作用的SGS亞格子應力模型，並成功套用於水翼複雜空化繞流研究之中；開展了空化與漩渦相互作用特性研究，揭示了空化馬蹄形結構及對渦運動發展與邊界層變化的影響規律；基於課題組在空化湍流數值模擬方面已有的研究成果，成功實現了螺旋槳非均勻來流條件下的複雜空化繞流研究；研究了側斜對螺旋槳空化壓力脈動的影響，基於空泡動力學原理揭示了空化體積二階導數為螺旋槳上空化壓力脈動激增的根源。項目執行期間，發表基金標註論文25篇，其中SCI檢索14篇，3篇入選ESI高被引論文(ESI Highly Cited Papers)。通過項目研究，協助培養博士生3人、碩士生2人。