| 一种围绕水翼空化流固耦合数值模拟方法 | |
黄仁芳; 黄程德; 杜特专 ; 王一伟; 黄晨光
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| 2022-11-01 | |
| Rights Holder | 中国科学院力学研究所 |
| Abstract | 本申请涉及一种围绕水翼空化流固耦合数值模拟方法，包括：确定围绕三维水翼的流体域，并对所述流体域进行网格划分；建立空化流动的流体运动方程组；根据所述空化流动的流体运动方程组和预设边界条件得到所述流体域的空化数值模拟结果；根据所述空化数值模拟结果，以及通过径向基函数的插值方法进行非定常流固耦合计算，得到所述三维水翼的结构振动特性与所述流体域的空化流动规律。该技术方案本申请实施例提供的方法，通过基于悬臂梁模态的三维水翼结构，建立了能反映复杂空化流动和三维水翼结构的时空演变规律的数值模拟方法，进而实现提高空化流固耦合模拟精度。 |
| Application Date | 2019-12-09 |
| Application Number | CN201911251047.4 |
| Patent Number | CN111027152B |
| Claim | 1.一种围绕水翼空化流固耦合数值模拟方法，其特征在于，包括： 获取基于悬臂梁模态的三维水翼的结构； 根据三维水翼的结构获取三维水翼的包围参数，基于包围参数确定围绕所述三维水翼的流体域，并对所述流体域进行网格划分； 根据质量守恒以及动量守恒建立第一控制方程组，所述第一控制方程组包括：连续性方程，动量方程以及含汽率输运方程； 基于空泡动力学方法建立空化模型； 对所述连续性方程以及所述动量方程分别进行平均得到第二控制方程组； 根据所述空化模型以及第二控制方程组建立所述流体运动方程组； 建立基于悬臂梁模态的所述三维水翼的结构运动方程； 其中，所述结构运动方程包括归一化振型以及对应的固有频率，所述结构运动方程如下： 其中，M为质量矩阵，K为刚度矩阵，η为广义位移，为加速度、u为位移，u＝φη，φ为质量归一化振型矩阵，如下式： φi(x)＝cosβix-coshβix-θi(sinβix-sinhβix) 式中，其中，β1l＝1.875,β2l＝4.694,β3l＝7.855，E为杨氏模量，ρs为结构密度； 所述固有频率ωi如下： 式中，I为惯性矩，S是三维水翼沿着流向的投影面积，l是水翼的展长； 根据所述空化流动的流体运动方程组和预设边界条件得到所述流体域的空化数值模拟结果； 根据所述空化数值模拟结果，以及通过径向基函数的插值方法进行非定常流固耦合计算，得到所述三维水翼的结构振动特性与所述流体域的空化流动规律； 所述连续性方程为： 式中，ρ为混合相密度，为求偏导数，uj为在j方向上的速度量，xj为位置分量，t为时间； 所述动量方程为： 式中，为求偏导数，ui为在i方向上的速度量，uj为在j方向上的速度量，p为压力，μ为流体粘度，xj为坐标分量，xi为坐标分量； 所述含汽率输运方程为： 式中，m+为空化的蒸发速率，m-为空化的凝结速率，αv为汽相的体积分数，ρv为汽相密度； 所述空化模型用于计算空化的蒸发速率以及凝结速率； 所述空化的蒸发速率m+的计算过程如下： 所述空化的凝结速率m-的计算过程如下： 式中，Rb为空泡半径，pv为蒸汽压力，Nb为空泡密度，ρl为液相密度。 |
| Language | 中文 |
| Classification | 发明授权 |
| Status | 有效 |
| Note | 授权 |
| Country | 中国 |
| Agency | 北京和信华成知识产权代理事务所(普通合伙) |
| Document Type | 专利 |
| Identifier | http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/91150 |
| Collection | 流固耦合系统力学重点实验室 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 黄仁芳,黄程德,杜特专,等. 一种围绕水翼空化流固耦合数值模拟方法. CN111027152B[P]. 2022-11-01. |
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| CN111027152A.pdf（738KB） | 专利 | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Download | ||
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