基于LBM-LES联合模式的三维水翼空化流研究

本项目试图通过理论分析、并行计算和实验手段，利用多相流格子Boltzmann方法(LBM)，发展空化流的LBM和大涡模拟(LES)的联合模式，深入研究三维水翼空化流的若干细节及机理。首先，提出单组分多相流的LBM变碰撞松弛时间模型和相间作用力模型，发展基于LBM的LES的亚格子模型(SGS)，预测水翼的动力学特性，数值再现空化流的演化过程，建立一套方法来定量描述因相变引起的质量和动量的转化规律。然后，构建三维贴体网格LBM模型，研究设计高分辨率、高精度的并行算法，精确高效地模拟三维水翼的空化流动规律。最后，利用高速摄影、PIV对水翼空化流进行实验观测和测量，通过实验结果验证空化流模型的合理性和数值方法的可靠性。本研究将为空化流动研究提供一种新的方法，对微观阐明空化流动机理和LBM的进一步发展，具有重要意义；同时，也为提高水力机械的能量性能和抗空化性能，为解决其他的类似难题作技术储备。

化现象是液体从液相变为气相的相变过程，经常出现于水力机械内。本研究通过理论分析、并行计算和实验手段，利用多相流格子Boltzmann方法(LBM，lattice Boltzmann method)，发展空化流的LBM和大涡模拟(LES，Large Eddy Simulation)的联合模式，深入研究水翼空化流的若干细节及机理。首先，提出单组分多相流的LBM多状态方程模型和相间作用力模型，发展基于LBM的LES亚格子模型(SGS，Sub-Grid Scale)，预测水翼的动力学特性，数值再现空化流的演化过程，建立一套方法来定量描述因相变引起的密度和速度的转化规律。同时，构建贴体网格LBM模型，研究设计高分辨率、高精度的并行算法，精确高效地模拟水翼的空化流动规律。并利用高速摄影、PIV(Particle Image Velocimetry)对水翼空化流进行实验观测和测量，通过实验结果验证空化流模型的合理性和数值方法的可靠性。本研究将为空化流动研究提供一种新的方法，对微观阐明空化流动机理和LBM的进一步发展，具有重要意义；同时，也为提高水力机械的能量性能和抗空化性能，为解决其他的类似难题作技术储备。