基于OpenFOAM的空泡流数值模拟方法研究

【摘要】：螺旋桨空泡问题作为螺旋桨性能的一个重要方面，长久以来是人们的一个关注热点。本文基于计算流体力学开源软件平台OpenFOAM，以螺旋桨空泡流动为最终应用对象，探索空泡流动的数值模拟方法。 论文首先开展了OpenFOAM全湿流动数值模拟的应用研究，以考察OpenFOAM平台在船舶螺旋桨流动模拟中的可行性及其精度，为进一步的空泡流问题求解奠定基础。分别针对二维NACA0015翼型、三维SUBOFF潜艇模型和DTMB P4119螺旋桨模型，进行了粘性流场的OpenFOAM求解方法研究，并且考察了计算网格、湍流模型和数值离散格式对计算结果的影响，计算结果与模型试验结果和商业软件FLUENT模拟结果进行了比较，结果表明基于OpenFOAM软件平台构建的全湿流数值求解方法可行、模拟精度高。 在此基础上，针对二维NACA0015翼型和三维TWIST11扭曲水翼，开展了空泡流模拟方法研究，研究了片空泡的非定常特性，并考察了湍流模型和空泡模型对空泡形态的影响，建立了基于OpenFOAM的空泡流数值求解方法，将计算结果与试验结果作比较，表明该方法能很好地完成空泡的预报计算，这将为今后空泡研究提供了一种有效的技术手段。 论文的最后针对螺旋桨空泡流问题，将上述空泡求解方法进行了拓展，研究并开发了旋转坐标系下的空泡流数值计算求解器，计算模拟了均匀来流下INSEAN E779A螺旋桨片空泡，并与试验结果相比，结果吻合得较好，旋转坐标系下空泡流求解的成功为后续的螺旋桨空泡深化研究打下基础。