第35卷第2期农业工程学报Vol.35 No.2 40 2019年1月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jan. 2019
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王 巍，唐 滔，卢盛鹏，焦建雄，张庆典，王晓放
（大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室，大连116024）
摘要：空化引起不同程度振动、冲击和噪声，加剧物体表面空蚀，使结构提早发生疲劳。为有效抑制和延缓空化发生和空泡脱落，该文提出了在水翼吸力面布置凹槽的方法，旨在通过水翼表面结构的改变来实现空化流动的调节。在数值模拟研究中，采用Realizable k-ε湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型，围绕8°攻角下NACA66 (MOD)水翼，开展不同空化数、凹槽尺度和凹槽位置对二维水翼空化流场的动力学特性研究，并进一步分析了水翼表面特殊结构抑制空化的机理。 结果表明：当片空化发生时，凹槽布置在距水翼前缘0.32弦长位置时，能降低空泡振荡频率，提高水翼水动力性能；当云空化发生时，适当的凹槽表面构型能够使水翼吸力面边界层变薄，边界层分离点滞后，水翼尾缘回流区减薄，吸力面低压区减小，证明了凹槽表面构型对空化抑制的适用性。然而，在水翼吸力面布置凹槽，虽然可以降低水翼表面边界层的厚度，增强抗逆压能力，但却触发了凹槽附近区域
回射流的加速。因此，只有当抗逆压梯度能力大于回射流冲击时，才可以实现对空化流动的抑制。该研究成果扩大了空化流动的被动控制方法研究范围，为水力机械空化抑制技术提供了参考。
关键词：空化；计算机仿真；模型；水翼；吸力面凹槽；空化抑制；水动力性能
doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.02.006
中图分类号：TV131.3+2 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2019)-02-0040-08传染病信息报告管理规范
王 巍，唐 滔，卢盛鹏，焦建雄，张庆典，王晓放. 水翼吸力面布置凹槽抑制空化研究[J]. 农业工程学报，2019，35(2)：40－47. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.02.006
Wang Wei, Tang Tao, Lu Shengpeng, Jiao Jianxiong, Zhang Qingdian, Wang Xiaofang. Investigation of cavitation suppression by arranging pits on hydrofoil suction side[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(2): 40－47. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.02.006
0 引 言
桑林野合图局部空化和脱落的非稳态特征在高可靠性的核主泵、水力透平叶片和船用螺旋桨中受到极大关注。特
别是伴随大尺度空泡脱落的云空化的发生，严重影响着水力性能，引起水力机械不同程度的振动、冲击和噪声，空泡流的低频振荡和大规模的空泡云脱落会加剧物体表面的空蚀，使结构提早发生疲劳破坏，对于高速运动物体会影响其控制稳定性，甚至导致灾难性的颤振和动力学失稳[1-3]。
延缓空泡的发生和抑制空泡的脱落一直以来是水力机械研究的重点和难点课题。国内外众多学者从空化发展和空化导致非稳态机理方面做了大量的科学研究，认为反向压力梯度形成的回射流是造成片空化脱落、云空化产生的主要原因[4-10]。王巍等[11]研究还发现回射流及其强度是空化体形态改变的重要因素，并定义了描述回射流强度的特征数，用其来判断空泡体的类型。因此，控制回射流在一定程度上可以实现对云空化的控制。石英砂岩
按照有无外界能量的输入，把控制空化流动的方法
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收稿日期：2018-07-15 修订日期：2018-12-15
基金项目：国家自然科学基金（51876022）；国家973计划项目（2015CB057301）
作者简介：王巍，副教授，主要从事先进动力装置及流体机械设计和优化研究。Email：wangw@dlut.edu 分为主动控制与被动控制[12-14]。对于主动控制技术，Mikhail等[15]通过试验研究壁面切向喷射对空化的影响，发现低速喷射可以有效减轻空化效应，而高速喷射可以减少能量损失，
提高流动的水动力学品质，其试验研究还证明实施流量控制在某些条件下能够很好的调节空化流场。Wang等[16-17]研究发现在水翼表面射流可以有效阻挡回射流从水翼尾部向水翼头部的运动，使得空泡发展和脱落现象明显减弱，有效抑制了片空化发展、片空化向云空化的转变以及云空化的发展。对于被动控制技术，其通过无外部能量注入的装置来改变流体的压力和速度分布以控制流动。Zhang等[18]研究了平板水翼布置障碍物对于云空化的影响。Kadivar等[19]提出在水翼表面布置汽泡发生器，能够显著减小吸力面低压区面，有效抑制空化的发展。邬伟等[20]通过在水翼吸力面上设置微小方形凸起，并提出设置拱弧的新方案来抑制空化。蓝田股份
在延缓和抑制云空化的研究中，无论采用主动控制还是被动控制，在一定程度上都起到了抑制空化的目的。然而，当表面射流水翼或叶片处于旋转状态时，由于空心叶片内部流体的复杂流动，空心叶片强度的下降等原因，会给整个转子系统的稳定运行带来不确定性因素。而采用水翼表面布置障碍物，抑制空化的效果并不能随着空化条件的变化而进行相应的调控，且在无空化时，障碍物的增加又改变了水翼的动力学特性。为此，本文提出水翼表面凹槽的设计结构，旨在保持水动力性
