收稿日期:20080417基金项目:国家自然科学基金资助项目(50679001;教育部高校博士学科点专项科研基金资助课题(20070007047(,男,,b83@bit.edu.cn;(1961,男,.第28卷第12期2008年12月北京理工大学学报TransactionsofBei激ngInstituteofTechnologyVol.28No.12Dec.2008修正的RNG模型在云状空化流动计算中的应用评价张博,王国玉,张淑丽,余志毅(北京理工大学机械与车辆工程学院,北京100081摘要:基于实验结果评价了一种用密度函数修正的RNG湍流模型在云状空化流动计算中的应用.采用不同的修正系数,分别计算了绕Clarky型水翼云状空化流动,获得了随时间变化的空化形态和升、阻力等流场及动力特性.通过与实验结果的对比表明,修正后的模型可以更准确地捕捉云状空化区域的空穴形态和空泡脱落的非定常细节;密度函数中指数n的选取对计算所得的空穴长度和升阻力均有影响,然而对流场动力特性的主要频谱分布影响不明显.关键词:湍流模型;云状空化;脱落频率:TV13132文献标识码:A:10010645(200812106505EvaluationofaModifiedRNGModelforComputationsofCloudCavitatingFlowsZHANGBo,WANGGuoyu,ZHANGShuli,YUZhiyi(SchoolofMechanicalandVehicularEngineering,Bei激ngInstituteofTechnology,Bei激ng100081,ChinaAbstract:ToassessamodifiedRNGturbulencemodel,thecloudcavitatingflowaroundaClarkyhydrofoilisinvestigatedusingRNGturbulencemodelwithamodifiedturbulenceviscositycoefficient,andthecoefficientisrelatedtothevaporandliquiddensitiesinthecavitatingregion.Thetimeevolutionsoftheshapeofcloudcavities,theliftanddragforcearoundthehydrofoilhavebeenobtained,andcomparedwithexperimentalresults.Itisshownthatthemodifiedmodelcanpredictsuccessfullythecharacteristicsofcavitationandthedetailedprocessofthecavitationshedding.Valuesofninthemodifiedcoefficientarefoundtohaveastronginfluenceonthecavitylength,thevaporvolume,theliftanddragforce,butnosignificanteffectonthefrequencydistributionofthedynamicsaroundthefoilisobserved.Keywords:turbulencemodel;cloudcavitation;sheddingfrequency云状空化包含有相变、非定常、多维湍流和可压缩等多种复杂流动现象,使用数值模拟求解空化流动遇到了巨大的挑战.空化流动的计算涉及到空化模型和湍流模型两个方面.近年来,人们对空化模型做了大量的研究,Kunz和Singhal等添加源项来调节气液两相间的传输[1];另一方面,湍流模型的选取和模型中参数的设定对预测空化流场同样非常重要,现在应用较多的是求解两方程模型,如,等[3];Wu等采用基于标准模型和大涡模拟方法发展起来的滤波器(FBM湍流模型,发现该模型可以很好地预测空化的非定常行为[5].作者采用商业软件ANSYSCFX的二次开发技术,引入了一种与空化区域水气相密度相关的函数,对RNG湍流模型进行了修正,计算中考虑了湍动能对饱和蒸气压的影响,数值模拟了绕Clarky型水翼云状空化流动,分析了函数中系数的取值对计算结果的影响,并通过与实验结果比较,对这种修正方法进行了评价.1数学模型和数值计算方法11基本方程假定气液两相为均相流动,相间无速度滑移,气液两相的连续方程和动量方程分别为+#(u=0,(1(u+#(uu=-#p+#[(+t#u]+3∀∀∀∃∃#[(+t#u].(2∃∃式中:∀为混合密度;∃为混合介质的动力黏度;u为速度;p为压强;t∃为湍流黏度.设气相密度为∀v,气相体积分数为%v,则混合介质密度表示为∀=v%v+v∀∀(1-%v.12空化模型忽略热传输和非平衡相变效应,空化流动中液相体积含量的输运方程为!ll∀+#(l%lu=S.(3∀式中:%l为液相体积分数;l∀为液相密度;S为考虑汽化和压缩的源项.根据RayleighPlesset方程描述空泡的增长和溃灭过程,源项可用以下公式计算为S=C4nuclvRB3vlsgn(p-pv.(4式中:C4为随汽化和压缩程度不同而变化的经验系数;nuc=5!10-4;RB为汽核半径;pv为汽化压强;函数sgn定义为sgn(p-pv=1p-pv>00p-pv=0-1p-pv<0.(5许多实验表明湍动能对空化可产生重要的影响[2],采用文献[2]中提出的方法计算湍动能对当地汽化压强的影响,pturb=0.39.(6∀汽化压强采用下式计算为pv=(psat+pturb/2,(7式中psat,分...