基于大涡模拟的波状前缘水翼空化抑制研究

作者：马楷东; 曹留帅; 万德成^*

来源：海洋工程, 2023, 41(06): 112-123.

DOI：10.16483/j.issn.1005-9865.2023.06.011

• 大涡模拟
• 波状前缘
• 仿生水翼
• 空化抑制

为了降低空化造成的水动力性能损失，基于仿生学原理，参考座头鲸鳍肢剖面形状，将前缘波浪构型引入到水翼设计中，研究波状前缘水翼的非定常空化特性，并探究前缘参数改变对空化控制的效果和规律。选用NACA634-021水翼为基准模型，进行前缘参数化重构，设计出3种不同的波状水翼进行对比研究。采用大涡模拟（LES）方法对空化流场进行精细化数值模拟，针对基准水翼和不同波幅与波长参数下的波状水翼开展了空化周期、升阻力系数、压力脉动以及流向涡结构的对比分析。结果发现，波状水翼在抑制空化和降低压力脉动方面都取得了显著效果。其中，3种不同的波状水翼空化抑制率分别为15.7%、18.6%和27.9%，压力脉动幅值分别降低了55.3%、67.3%和74.6%。分析表明，波浪前缘的引入使得空化的分区效应更加凸显，空化从波谷处初生，增大波幅或减小波长都可以加强对空化的抑制效果，并可以提高升力系数以及显著降低水翼表面的压力脉动。前缘波浪构型还将诱发向下游发展的对转涡结构，不同前缘参数的波状水翼涡结构的演化是相似的，空泡发展与溃灭的整个过程对涡结构的发展也具有显著影响。

• 单位
  建筑工程学院; 上海交通大学