通气局部空化的内部流动
流体动力学
2020-04-22 v1
摘要
我们的研究首次通过在后向台阶后方注入空气所形成的通气局部空化(VPC)的内部流动进行了实验研究。实验采用流动可视化与基于雾粒的平面粒子图像测速(PIV)技术，针对 VPC 的两种不同空化状态，即开式空腔(OC)与双支空腔(TBC)，在自由来流速度(U)与通气率(Q)的多种范围内开展。我们的实验揭示了 OC 与 TBC 相似的流动结构，包括近气水界面的前向流区、反向流区、近空化器涡以及内部流动环流涡。然而，OC 内部流动表现出高度非定常的内部流动特征，而 TBC 内部流动呈现类层流流动结构，并在空腔内前向与反向流区之间的界面上发展出 Kelvin-Helmholtz 不稳定性。OC 的内部流动结构及其非定常与后向台阶湍流分离流(BFS 流)相似，表明 OC 的内部流动与湍流外部回流区之间存在强耦合。类似地，TBC 的内部流动结构与层流 BFS 流相似，其非定常性源于前向-反向流界面处强烈的流速梯度。改变 U 或 Q 所引起的内部流动变化进一步被用于解释空化状态转变及相应的空腔几何变化。我们的研究表明，通气控制可通过延迟 TBC 状态内部流动从类层流到高度非定常的状态转变，潜在地稳定该状态下的空腔。
引用
@article{arxiv.1911.12585,
title = {Internal flows of ventilated partial cavitation},
author = {Kyungduck Yoon and Shijie Qin and Siyao Shao and Jiarong Hong},
journal= {arXiv preprint arXiv:1911.12585},
year = {2020}
}
备注
15 pages, 10 figures, pre-print version submitted to Experiments in Fluids