非定常空化流动模拟中湍流模型的对比评估
流体动力学
2024-05-02 v1
摘要
空化是一种复杂的多相现象，其特征是由于突然压降而形成蒸气泡，并常伴随船体振动加剧、辐射噪声增加以及螺旋桨和叶轮性能下降。尽管雷诺平均 Navier-Stokes（RANS）方法耦合空化模型因其计算效率仍被视为预测空化流的实用工具，但它无法预测蒸气脱落的非定常性且过高估计了涡粘性。为改进预测，Reboud 等人（1998）提出了一种经验涡粘性修正，以考虑空化产生的可压缩性效应。此外，一类称为混合 RANS-大涡模拟（LES）模型的新模型近期被引入该领域，其能够在流场不同区域表现为 RANS 或 LES 模型，从而将 RANS 的计算成本效率与 LES 建模的精度相结合。然而，缺乏对各种此类湍流模型（如 k-ω 剪切应力输运模型（SST）、k-ω SST 尺度自适应模拟（SAS）、k-ω SST 分离涡模拟（DES）、k-ω SST 延迟 DES（DDES）、基于滤波的方法（FBM）与部分平均 Navier-Stokes 方法（PANS））预测空化流的全面综述。本工作中，我们进行了此类综述，通过在文丘里管中与 X 射线实验数据对比，比较它们预测云状空化流的能力。结果表明，随着网格加密，标准模型确实呈现出实验中观察到的蒸气非定常性，类似于使用 Reboud 修正时的情况。然而，在湍流量的局部对比中，观察到两类模型均与实验数据存在巨大偏差且未在下流改善。
引用
@article{arxiv.2303.08285,
title = {A comparative evaluation of turbulence models for simulation of unsteady cavitating flows},
author = {Dhruv Apte and Mingming Ge and Olivier Coutier-Delgosha},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.08285},
year = {2024}
}