[00138977]空化流动理论及工程应用

国家自然科学基金“超空化流动模型的理论研究与实验评价”（项目编号：50276004）,“串列泵叶栅相互作用对空化和水动力特性影响机理研究”（项目编号：50679001）和“空化热力学效应及其数值计算模型研究”（项目编号：50979004）等项目的支持下,课题组进行了空化流动的实验技术、空化流动的数值计算模型与方法、非定常空化流动机理、通气空化流动以及高空化性能串列泵的研究工作。取得的主要研究工作的进展和技术指标如下： 1)发展了空化流动的系列实验技术。分别针对水洞、串列泵实验台和垂直发射装置等内部的空化流动的高速流场显示和湍流场测量,突破了壁面反射、粒子跟随与散布等关键技术,实现了空化非定常流场的测量与分析;突破了高速图像处理、同步测量等关键技术,实现了对空化动力场、运动场和密度场的多场同步测量、观察与分析;形成了具有自主技术和特色的系列空化实验技术。实验研究为流动机理和数值模型的研究提供了基础数据的支持,同时结合相似理论也为军品型号研制的参数确定提供了依据。 2)建立了系列的空化流动计算模型。分别建立了非定常空化流动计算的湍流模型、空化模型,气汽液多相空化流动的计算模型和考虑热力学效应的空化模型。这些模型填补了我国在该领域的空白,形成了一系列具有自主产权的软件。和通用的计算模型相比,非定常计算结果实现了对精细过程的模拟,定常结果的计算精度能提高17%左右,满足了工程研制对于机理分析和参数设计的需要; 3)发明一种高空化性能的串列式水泵。基于空化形成与发展的理论,提出了一种同轴布置的串列式轴流泵,并建立了串列泵的优化设计方法,开发了多种用途的水泵。该泵型可以覆盖比转速300到1000的水性能范围,具有和现有泵该串列泵具有远高出现有泵型的空化性能,空化比转速有现有泵的1200左右,提高到1600以上;在保持该高空化性能的条件下,效率指标不低于现有泵的水平,但高效区拓宽了300%以上。该泵型还具有良好的调节特性,功率和流量变化保持单调增加的关系。串列泵为我国高空化性能泵的研发提供了新的技术途径。 本项目的研究成果在Progress in Aerospace Sciences、Physics of Fluids、Computers ＆ Fluid等国际流体力学领域主流期刊发表SCI检索论文26篇,EI检索的论文81篇,论文被引用数为760余次。其中,核心论文单篇最高被SCI引次数达113次,是进入新世纪后空化流动研究最具代表性的论文之一。 研究的空化计算模型在航天、航空和船舶等多个国防领域得到了应用,获得了显著的军事和社会效益。建立的高空化性能的水泵优化设计方法与江苏大学合作应用到了多个水泵企业的新产品开发和产品的更新换代,获得明显的经济效益。