基于OpenFOAM的水翼空化数值模拟
空化现象常常会给水利设备带来不利影响，例如螺旋桨旋转时桨叶前后产生压力差，从而推动船舶往前运动，而当桨叶的吸力面发生空化现象时，吸力面的压强无法降低到水的饱和蒸汽压以下，从而减小了吸力面与压力面之间的压力差，减小了螺旋桨的推进效率。此外，螺旋桨周围产生的空泡在产生、发展和最后的溃灭过程中，会产生激波，这种水中压强的爆发式突变，会对螺旋桨及其后面的舵结构造成严重剥蚀，影响螺旋桨与舵的正常性能。
图1 NACA0015水翼空化现象
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NACA66水翼云空化数值模拟
NACA66水翼的相对最大厚度为 τ=12%，在距离导边45%C处；
水翼的相对最大拱度为2%，在距离导边50% C处；
水翼的弦长为C =0.150m。
图2 NACA66水翼的计算域
水翼的攻角为6°，来流速度为5.33 m/s；
覆盖整个计算域的背景网格由OpenFOAM自带的blockMesh工具来划分，然后在NACA66水翼周围的一个矩形区域内用snappyHexMesh工具进行网格加密处理，用来确保水翼周围有足够的网格量来捕捉空化的流动状况。
图3 中剖面处的网格分布
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压力震荡验证
实验在水翼0.5倍弦长和0.7倍弦长处设置压力传感器来监测压力震荡，在数值模拟中也对这两个地方进行了压力检测，对比结果见图4和图5，可以看出模拟结果的有效性。
图4 吸力面0.5倍弦长处压力震荡
图5 吸力面0.7倍弦长处的压力震荡
当空化数大于1.25时，最大空化长度不超过水翼弦长的一半，片空化增长的过程中不会有脱落现象也不会产生云空化，空化流动被认为是一种“稳定”状态；
当空化数小于1.25时，空化的最大长度将超过水翼弦长的一半，空化将周期性的生长、脱落、溃灭。
图6 空化演变过程（动图）
图7 不同时刻水翼周围压力分布
当σ/(2α)的值比较大时，回射流机制是片空化发展成云空化的主要原因；
当σ/(2α)的值比较小时，激波机制是片空化脱落生成云空化的主要原因。
图8展示的是回射流和空化界面的相互作用，从速度矢量图中可以看到贴近水翼上表面存在着一个与主流方向相反的射流，其速度与主流速度保持在同一数量级。
图8 水翼周围的流线
