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吴大转教授课题组在附着空化控制研究取得重要进展

编辑:luoqi0923 时间:2019年06月28日 访问次数:700

   近期,浙江大学能源工程学院化工机械研究所特种流体机械团队——吴大转教授课题组在流体力学国际权威期刊《Physics of Fluids》(ZJU TOP)发表姊妹篇文章:“Control effect of micro vortex generators on leading edge of attached cavitation”和“Control effect of micro vortex generators on attached cavitation instability”,系统阐述了课题组在水翼附着空化被动控制所取得的创新性成果,研究成果对水力机械的空化抑制和优化设计具有重要意义。其中第二篇文章被选为编辑精选,作为期刊首页文章(Editor’s pick,Journal’s homepage paper,期刊链接:https://aip.scitation.org/journal/phf)。

附着空化是水力机械中一种危害严重的现象,会引起严重的振动、噪声和汽蚀问题,深入了解附着空化的形成机理,并采取有效措施控制其产生,对于水力机械的安全运行,具有重要意义。课题组针对边界层分离诱导附着空化问题,创新性地提出在水翼前缘流动分离线附近设置微型涡流发生器阵列的控制方案,研究发现微型涡流发生器可诱发对漩流向涡,在无空化状态下,有效缓解或抑制了流动分离;在空化状态下,微型涡流发生器在水翼前缘可产生一种新型空化组合,即涡空化—过渡段—附着空化,显著区别于光滑水翼上附着空化前缘的典型“手指状”结构和Tollmien–Schlichting波。


 

研究发现微型涡流发生器虽然尺寸很小(高度只有约0.10 mm),却显著影响附着空化总体的稳定性。在部分空泡和过渡态空泡振荡阶段,微型涡流发生器可增大空泡总体长度,减小空泡脱落的St数和主频率。微型涡流发生器所诱发稳定的对漩涡和涡空化结构,对近壁面流动具有整流作用,从而可消除来流中的横向扰动,使得空化展向结构具有很好的对称性,脱落过程呈现显著的周期性。

 

微型涡流发生器对附着空化稳定性的控制作用

 

微型涡流发生器作用下的过渡态空泡振荡阶段

该研究受到国家自然科学基金、国家重点研发计划、压缩机技术国家重点实验室基金以及中央高校基本科研业务费青年创新项目等基金的资助,研究还得到慕尼黑工业大学流体力学研究所Steffen Schmidt博士的帮助。论文第一作者为能源工程学院化机所2014级博士研究生车邦祥,通讯作者和第二作者为吴大转课题组教师初宁博士。感谢能源工程学院以及化机所各级领导、专家老师们对特种流体机械团队的长期大力支持!

原文链接:

https://doi.org/10.1063/1.5087700

https://doi.org/10.1063/1.5099089

吴大转教授课题组网址:http://www.zjuflow.com/