凹坑尖端处理抑制螺旋桨梢涡空化的数值模拟研究

【作者】 李杨； 赵迪； 邓福强； 张凌新；

【机构】 浙江大学；

【摘要】 螺旋桨梢涡空化通常发生在推进系统中桨叶梢部涡流核心,是实船上最早出现且最常见的空化类型。空泡体积的变形与脉动会引发高强度噪声辐射,严重削弱舰船的声隐身性能,并限制航行器的临界航速,因此抑制梢涡空化具有重要的工程意义。本研究提出了一种基于"凹坑尖端处理"[1][2]策略的梢涡空化抑制方法,即通过在螺旋桨桨叶梢部引入凹坑结构,以被动方式调控梢涡行为,旨在减缓梢涡空化的产生与发展。基于OpenFOAM开源平台,结合kωSST IDDES湍流模型与SchnerrSauer空化模型,建立了高保真数值模拟框架,对标准模型螺旋桨VP1304在全湿流与空化流工况下的梢涡流场进行了系统分析。研究重点考察了不同前进系数条件下,以及三种凹坑分布参数配置下,凹坑处理对梢涡特性及空化流场的影响。数值结果表明,凹坑诱导的微尺度涡流与主梢涡的相互作用显著增强了局部流动不稳定性,导致涡心漂移加剧,并加速远场相干涡结构的破碎与湍流化。同时,诱导涡促进了涡量分散,降低了涡核处的压力梯度,从而有效推迟或抑制了梢涡空化的发生,并将螺旋桨效率损失控制在3%以内。此外,研究发现,凹坑尖端处理的效果对前进系数高度敏感,在低前进系数下抑制空化与激发不稳定性的作用尤为显著;随着凹坑深度与数量的增加,抑制效果进一步增强,空化体积最大可减少约81%。更多还原