喷嘴内云空化瞬态特性的湍流模型适用性研究

摘要

为评估不同湍流模型对喷嘴内云空化瞬态演化特性的解析能力与适用性，基于数值模拟方法，结合空化多相流模型，对剪切应力输运k-ω雷诺平均模型、大涡模拟、延迟分离涡模拟和超大涡模拟的解析能力对比分析。结果表明：剪切应力输运k-ω雷诺平均模型计算效率高，但由于采用时均化处理，难以准确捕捉云空化脱落与溃灭等瞬态行为；大涡模拟模型可精确解析小尺度涡结构与瞬态压力脉动，能够再现云空化全周期演化过程，模拟结果与可视化试验吻合良好，但计算资源消耗为剪切应力输运k-ω模型的4倍以上；延迟分离涡模拟因近壁面与弱旋区域仍采用雷诺时均方法，导致对脱落过程、回射流及高频压力响应的预测精度受限；超大涡模拟基于尺度自适应的动态混合雷诺时均-大涡方法，在保障脱落细节解析能力的同时，显著降低了计算资源消耗，相较大涡模拟节省约30%。此外，基于压力脉动的傅里叶变换分析显示，超大涡模拟预测的云空化脱落主频与试验偏差小于5%,验证了其在云空化建模中的准确性与高效性，具备一定的工程应用潜力。

关键词

湍流模型 / 喷嘴 / 云空化 / 脱落 / 解析能力

基金资助

国家自然科学基金资助项目(U2241262,52376113); 中国博士后科学基金资助项目(2024M763728)