Category: Periodical Retrieval

本篇论文较为系统地梳理了近几十年来国内外学者在叶顶间隙泄漏涡空化方面的研究进展，主要包括叶顶间隙泄漏涡空化的数值模拟方法、叶顶间隙泄漏涡演变特性、叶顶间隙泄漏涡空化对当地流场的影响以及叶顶间隙泄漏涡空化的控制策略等内容，并对今后的研究重点进行了展望。通常而言，RANS方法会显著低估叶顶间隙泄漏涡空化的强度，而大涡模拟（LES）在对叶顶间隙泄漏涡空化的预测方面则具有更好的适用性。此外，不可凝结气体对叶顶间隙泄漏涡空化的影响不可忽视，在数值计算中应该予以足够的重视。叶顶间隙泄漏涡空化的发生和发展与其涡结构密切相关，研究无空化发生时叶顶间隙泄漏涡的流动特性（如旋涡强度、旋涡半径、旋涡运动如何影响水体中汽核的分布）对研究叶顶间隙泄漏涡空化具有重要意义。空化的发生会显著影响当地涡量分布，膨胀收缩项会持续将泄漏涡空穴内部的涡量向外输运，使得泄漏涡空穴内部的涡量会逐渐减小。此外，空化还会将空穴外部的湍动能向内部输运，导致空穴内部的存在较高的湍动能分布。叶顶间隙泄漏涡空化控制问题也是当前工程实践中非常关心的问题。本文提出的泄漏涡空化控制装置OHGs在较大的间隙范围内均能较好地控制水翼上的叶顶间隙泄漏涡空化，是一种具有较大潜力的控制装置。本文还进一步指出了今后有关叶顶间隙泄漏涡空化研究应当关注的重点，主要包括涡核压力的实验测量、在数值模拟中如何反映水体中汽核对叶顶间隙泄漏涡空化的影响、叶顶间隙泄漏涡特性参数的预测、叶顶间隙泄漏涡空化初生的尺度效应等。

数值模拟得到的叶顶间隙泄漏涡空化形态及其漩涡结构

通讯作者简介

季斌，教授，博士生导师，《水动力学研究与进展》编委，致力于水力机械和推进器空化水动力学相关的流动机理及工程应用研究，尤其是在水面船舰运行、水下航行体推进等领域中涡空化水动力学的流动机理及控制方法方面积累了丰富的经验，取得一系列重要研究成果。以第一作者或通讯作者身份在Journal of Fluids Engineering、International Journal of Multiphase Flow、Experiments in Fluids、Ocean Engineering等国际期刊上发表SCI检索论文50余篇，其中6篇入选ESI高被引用论文，1篇论文被评为“2015年中国百篇最具影响国际学术论文”；出版学术专著1部；曾荣获高等学校科学研究优秀成果奖等奖项。

第一作者简介

本文的第一作者是武汉大学水利水电学院程怀玉博士（Huaiyu Cheng）。程怀玉博士一直从事水翼、推进器等水力机械相关的空化水动力学科研工作，尤其是在梢涡空化、叶顶间隙泄露涡空化等复杂空化流动的数值模拟及分析方面积累了丰富的经验，取得了一系列原创性的研究成果。程怀玉博士以第一作者或通讯作者身份在Appl. Math. Model.、 Int. J. Multiph. Flow、Exp. Fluids、Ocean Eng. 等高水平杂志发表SCI论文18篇，其中2篇入选ESI高被引用论文(SCI引用前1%)，1篇论文被评为Appl. Math. Model. 期刊的“Featured Paper”。获批国家发明专利2项、国际专利1项，软件著作权1项。担任Ocean Eng.、Flow Meas.、Eng. Appl. Comput. Fluid Mech.、J. Hydrodynam. B等国际期刊的审稿人。

本篇论文主要通过数值模拟的方法对典型的三种空蚀评估方法在Delft扭曲水翼周围的空化流动中的适用性进行了详细的对比研究，并较为系统地分析了它们各自的优缺点。绕水翼空化流数值模拟过程中，采用大涡模拟方法（LES）结合Zwart空化模型进行计算，正如文中所述，数值结果与实验结果吻合较好，可用于后续的空蚀研究分析。文中所提及的三种空蚀评估方法中，针对强度函数法(IFM)而言，对人为选定的最佳阈值的选取情况极其敏感，然而由于在水利机械材料的冶金特性方面缺乏足够的了解，难以确定合适的最佳阈值，往往会导致极大地限制了该方法在实际工程中的应用。并且由时均空蚀指标(TAIs)所预测出的水翼表面空蚀的全局分布与实验结果并不完全一致，空蚀预测精度相对较低。而相比于其他的两种方法，灰度值法(GLM)不仅对于阈值的敏感程度明显减小，更重要的是与实验空蚀结果更为相近。为了进一步提高GLM对于扭曲水翼表面空蚀风险预测的精确性，在对模拟数据进行后处理的过程中，通过采用时均压力场代替瞬时压力场的方法进行空蚀区域预测计算，结果指出改进的灰度值法对于空蚀风险评估的能力得到了提高。

原始及修正后GLM方法预报得到的空蚀风险分布

通讯作者简介

季斌，教授，博士生导师，《水动力学研究与进展》编委，致力于水力机械和推进器空化水动力学相关的流动机理及工程应用研究，尤其是在水面船舰运行、水下航行体推进等领域中涡空化水动力学的流动机理及控制方法方面积累了丰富的经验，取得一系列重要研究成果。以第一作者或通讯作者身份在Journal of Fluids Engineering、International Journal of Multiphase Flow、Experiments in Fluids、Ocean Engineering等国际期刊上发表SCI检索论文50余篇，其中6篇入选ESI高被引用论文，1篇论文被评为“2015年中国百篇最具影响国际学术论文”；出版学术专著1部；曾荣获高等学校科学研究优秀成果奖等奖项。

第一作者简介

本文的第一作者是武汉大学水利水电学院硕士研究生雷婷婷（Ting-ting Lei）。雷婷婷于2019年进入武汉大学水利水电学院攻读硕士学位，从事研究水力机械空蚀领域相关的科研工作。