噴水推進(jìn)泵葉輪空化渦流的數(shù)值模擬研究

郭 嬙，王 宇，黃先北, 仇寶云

（揚(yáng)州大學(xué) 電氣與能源動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127）

0 引 言

噴水推進(jìn)是船舶的一種動(dòng)力推進(jìn)方式，其推進(jìn)原理是利用推進(jìn)泵噴水獲得反作用力。相比傳統(tǒng)的螺旋槳推進(jìn)方式，噴水推進(jìn)泵具有運(yùn)行平穩(wěn)、適應(yīng)變工況能力強(qiáng)、可操作性能優(yōu)等特點(diǎn)，在船舶、艦艇領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1-2]。為適應(yīng)不同的工作環(huán)境和運(yùn)行工況，噴水推進(jìn)裝置的結(jié)構(gòu)形式分為外懸式和內(nèi)藏式，其中推進(jìn)泵的類型常用混流式和軸流式?？栈撬C(jī)械中難以避免的問題，噴水推進(jìn)器的空化性能決定了艦船的航速及其安全穩(wěn)定運(yùn)行特性，其中推進(jìn)泵的空化性能是影響整個(gè)推進(jìn)裝置性能的重要因素。文獻(xiàn)[3-4]利用高速攝影及成像技術(shù)，對(duì)噴水推進(jìn)泵中的空化現(xiàn)象進(jìn)行了可視化研究，展示了推進(jìn)泵中的片空化、云空化和渦空化等流動(dòng)結(jié)構(gòu)及演變規(guī)律。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證，數(shù)值模擬技術(shù)能夠?qū)栈r下的推進(jìn)泵水力性能進(jìn)行合理預(yù)測(cè)[5-6]，并對(duì)其內(nèi)部空化流場(chǎng)做進(jìn)一步探究。

噴水推進(jìn)泵的內(nèi)部湍流場(chǎng)充滿不同尺度和多種類型的渦流運(yùn)動(dòng)，旋渦與空化存在相互作用。Huang等[7]采用數(shù)值模擬方法揭示了旋渦區(qū)域與空泡邊界的關(guān)系，分析了空化對(duì)渦量生成的影響。由于旋轉(zhuǎn)葉片與泵殼間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得葉頂區(qū)域存在間隙，間隙泄漏流影響推進(jìn)泵的水力性能[8]，間隙泄漏渦加劇了流場(chǎng)的復(fù)雜特性[9]。因此，辨識(shí)空化渦流結(jié)構(gòu)、預(yù)測(cè)空化渦流影響是研究推進(jìn)泵內(nèi)流特性的重要內(nèi)容。本文以某噴水推進(jìn)泵模型實(shí)驗(yàn)為參考，基于改進(jìn)的渦空化模型[10]進(jìn)行流場(chǎng)仿真，將不同類型的渦識(shí)別方法應(yīng)用于推進(jìn)泵的空化渦流分析，揭示了噴水推進(jìn)泵的空化渦流特性。

1 噴水推進(jìn)泵的數(shù)值模擬

1.1 推進(jìn)泵計(jì)算模型及網(wǎng)格劃分

參照Chesnakas等[11]的軸流式噴水推進(jìn)泵的模型實(shí)驗(yàn)，建立推進(jìn)泵內(nèi)部流道數(shù)值計(jì)算模型，如圖1所示，葉輪繞Z軸旋轉(zhuǎn)，從進(jìn)口側(cè)觀察為逆時(shí)針方向。相關(guān)幾何參數(shù)包括：葉輪外殼直徑D=0.304 8 m，葉頂間隙徑向?qū)挾圈?5×10-4m，葉輪葉片數(shù)B=6，下游為8葉片的導(dǎo)葉，推進(jìn)泵的進(jìn)出水流道均為圓柱直管，直徑分別為1.0D和0.7D。網(wǎng)格劃分在ANSYS 軟件中完成，根據(jù)理查德森外推法進(jìn)行了網(wǎng)格誤差分析[12-13]，針對(duì)葉頂間隙區(qū)的流動(dòng)研究，網(wǎng)格評(píng)判過程中特別考慮了葉頂間隙渦區(qū)域的壓力特征，當(dāng)網(wǎng)格收斂指標(biāo)滿足要求時(shí)（GCI 系數(shù)小于3%），確定網(wǎng)格劃分方案。圖1 所示全流道計(jì)算域的總網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)約800萬。為了節(jié)省計(jì)算資源，本文采用含單葉片的葉輪和單導(dǎo)葉的流道區(qū)域，進(jìn)出水段計(jì)算域也沿周向按比例縮減，得到單流道數(shù)值計(jì)算域。單流道計(jì)算域中的葉輪外殼、葉片表面及輪轂上的網(wǎng)格示意如圖2所示，為了保證間隙流動(dòng)和葉片繞流的計(jì)算精度，在葉頂及葉片表面附近流場(chǎng)進(jìn)行了局部網(wǎng)格加密，從葉輪頂端至外殼間徑向的網(wǎng)格數(shù)約50，沿葉輪頂端葉片剖面弦長方向的網(wǎng)格數(shù)約100，沿葉頂剖面厚度方向的網(wǎng)格數(shù)約30，葉頂間隙附近壁面法向y+最大值約為50，符合壁面函數(shù)的求解需求。

圖1 噴水推進(jìn)泵的數(shù)值計(jì)算域Fig.1 Numerical calculation domain for the water-jet pump

圖2 葉輪外殼和葉片表面與輪轂上的網(wǎng)格Fig.2 Meshes on the rotor casing,blade surface and rotor hub

1.2 數(shù)值計(jì)算方法

基于雷諾時(shí)均方程（RANS）對(duì)噴水推進(jìn)泵的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)計(jì)算，湍流模型采用含旋轉(zhuǎn)與曲率修正的SST-CC 模型，空化模型采用局部旋轉(zhuǎn)修正的Zwart模型[10]。參照推進(jìn)泵的空化實(shí)驗(yàn)，設(shè)置葉輪轉(zhuǎn)速n=33.33 r/s。模型實(shí)驗(yàn)中的流量系數(shù)Q*和空化數(shù)N*定義為

式中，pV表示水的汽化壓力，設(shè)置為3540 Pa；D為葉輪外殼直徑。Q*和N*數(shù)值根據(jù)實(shí)驗(yàn)工況獲得，可以計(jì)算得到若干組體積流量QV（m3/s）和進(jìn)口總壓pt1（Pa）的數(shù)據(jù)，用于確定計(jì)算域進(jìn)、出口截面上的邊界條件。將劃分每一個(gè)單流道的界面設(shè)置為旋轉(zhuǎn)周期邊界（rotational periodicity），各流道段之間的交界面網(wǎng)格采用GGI聯(lián)接方式，固體壁面設(shè)置壁面函數(shù)，其中葉頂及葉片表面的最大y+值約為150，滿足壁面函數(shù)計(jì)算要求。數(shù)值模擬計(jì)算在ANSYS CFX軟件中完成，收斂精度為RMS=10-5。

1.3 計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

當(dāng)空化數(shù)N*=4.0時(shí)，將數(shù)值模擬得到的推進(jìn)泵水力特性參數(shù)與參考實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，根據(jù)表1所列公式，計(jì)算推進(jìn)泵的揚(yáng)程系數(shù)H*、功率系數(shù)P*和效率η，其中，pt1和pt2分別表示泵進(jìn)、出口測(cè)量斷面的總壓值（Pa），T表示力矩（N·m）。由表1可見，在設(shè)計(jì)流量Q*=0.85工況下，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差小于1%。隨著空化數(shù)的進(jìn)一步降低，葉輪中的空化現(xiàn)象逐漸加劇，設(shè)計(jì)流量工況下的推進(jìn)泵水力特性和間隙流場(chǎng)已在文獻(xiàn)[13]中進(jìn)行了討論。本文沿用文獻(xiàn)[13]驗(yàn)證的數(shù)值計(jì)算方法，進(jìn)行小流量工況的流動(dòng)研究。如表1所示，當(dāng)Q*=0.71時(shí)，H*、P*和η的偏差在5%以內(nèi)，相比設(shè)計(jì)流量工況，小流量工況下的計(jì)算偏差略有增大。分析原因，一方面由于偏工況本身流動(dòng)的復(fù)雜性，導(dǎo)致數(shù)值預(yù)測(cè)精度受限；另一方面，由于單流道計(jì)算區(qū)域的使用，在一定程度上忽略了流道間可能出現(xiàn)的流動(dòng)差異?？傮w看來，數(shù)值模擬計(jì)算得到的推進(jìn)泵水力特性參數(shù)，滿足用于分析工程實(shí)際問題的計(jì)算精度需求。

表1 推進(jìn)泵的水力特性參數(shù)（N*=4.0）Tab.1 Parameters of the hydraulic performance for the water-jet pump(N*=4.0)

分析空化對(duì)推進(jìn)泵水力特性的影響。圖3以推進(jìn)泵的揚(yáng)程特性為例，顯示了Q*=0.71工況下的揚(yáng)程系數(shù)隨空化數(shù)的變化曲線。縱坐標(biāo)為無量綱處理的揚(yáng)程系數(shù)H*/H0*，其中H0*表示無空化時(shí)的揚(yáng)程系數(shù)，在數(shù)值計(jì)算中采用較大空化數(shù)N*=4.0時(shí)的結(jié)果近似代替。由圖3中的參考實(shí)驗(yàn)曲線可見，隨著空化數(shù)的減小，揚(yáng)程系數(shù)先緩慢降低后迅速下降，曲線開始陡降的位置出現(xiàn)在N*=0.9附近。數(shù)值計(jì)算結(jié)果中，當(dāng)N*＞0.9 時(shí)，各工況的揚(yáng)程系數(shù)H*相比H0*的變化幅度不超過0.5%，相比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差在3%以內(nèi)；當(dāng)N*＜0.9 時(shí)，數(shù)值計(jì)算的揚(yáng)程系數(shù)曲線陡降。這是由于空化程度的加劇制約了泵的性能，同時(shí)加劇了流場(chǎng)的復(fù)雜特性，使得數(shù)值預(yù)測(cè)的計(jì)算精度受限。本文將在N*＞0.9 范圍內(nèi)分析推進(jìn)泵的空化流場(chǎng)。

圖3 不同空化數(shù)下的揚(yáng)程系數(shù)變化曲線Fig.3 Variation of the head coefficient with different cavitation coefficients

為了進(jìn)一步驗(yàn)證空化流場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果，借助汽相體積分?jǐn)?shù)（α）的分布揭示葉片背面的汽相特征，并與參考實(shí)驗(yàn)中的空化圖像進(jìn)行對(duì)比，如圖4 所示。對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)工況，當(dāng)N*=1.54 時(shí)，α＞0 區(qū)域近似反映了葉片背面的空泡影響范圍，其邊緣輪廓呈三角形，覆蓋葉片進(jìn)水邊和葉頂翼弦約四分之一區(qū)域，α數(shù)值沿葉片繞流方向逐漸增大。采用α=0.1的等值面顯示空化的空間區(qū)域，結(jié)合分布云圖可見α數(shù)值較高區(qū)域?qū)?yīng)空泡厚度較大。當(dāng)空化數(shù)減小至N*=1.05 時(shí)，空化區(qū)域保持三角形輪廓但面積增大，覆蓋葉頂翼弦約一半?yún)^(qū)域；沿葉片繞流方向，空泡尾緣的α值有所減小，這是由于小空化數(shù)工況下的葉片表面片狀空化逐漸向云空化狀態(tài)轉(zhuǎn)變，空泡尾緣受到空泡潰滅的影響，其內(nèi)部水-汽狀態(tài)使得α值降低?？傮w看來，采用工程中常用的含汽量α=0.1的等值面，能夠反映與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一致的空化區(qū)域，數(shù)值模擬結(jié)果將進(jìn)一步揭示實(shí)驗(yàn)中未充分展示的空化渦流特征。

圖4 不同空化數(shù)下葉片表面的空化流場(chǎng)Fig.4 Cavitation flow field on blade surface with differentcavitation coefficients

2 推進(jìn)泵內(nèi)的空化渦流辨識(shí)

推進(jìn)泵內(nèi)的空化渦流現(xiàn)象集中于葉輪流場(chǎng)中，以空化較為顯著的N*=1.05 工況為例，借助渦流辨識(shí)準(zhǔn)則研究葉輪內(nèi)的空化渦流特性。本文分析的渦流辨識(shí)準(zhǔn)則主要包括以下三類：（1）反映空化特征和速度旋度特征的壓力準(zhǔn)則和渦量準(zhǔn)則；（2）基于速度梯度張量的Q準(zhǔn)則和λ2準(zhǔn)則；（3）無量綱化的Ω準(zhǔn)則。為了分析葉輪內(nèi)的空化流場(chǎng)，在葉輪流道中截取垂直于Z軸的軸向截面和葉頂附近的2個(gè)展向截面。軸向截面距離葉頂翼型前緣20%弦長位置，展向截面其一位于葉輪頂部，對(duì)應(yīng)100%翼展長度位置，展向截面其二位于葉頂間隙區(qū)域中部，對(duì)應(yīng)葉輪外殼半徑的99.6%位置。由圖5～6可見，含汽量α=0.1的等值面和汽相體積分?jǐn)?shù)云圖均顯示出葉頂空化區(qū)具有楔形輪廓，這是由葉頂翼型繞流和間隙泄漏流形成的渦流影響所致，見圖6中絕對(duì)坐標(biāo)系下的流動(dòng)顯示，葉頂間隙空化流場(chǎng)中的渦流特性將借助旋渦辨識(shí)做進(jìn)一步分析。

圖5 軸向截面位置及空化顯示（α=0.1）Fig.5 Location of the axial section and display of the cavitation with α=0.1

圖6 展向截面上的汽相體積分?jǐn)?shù)分布和流動(dòng)顯示Fig.6 Distribution of the vapor volume fraction and flow field on spanwise sections

2.1 壓力準(zhǔn)則和渦量準(zhǔn)則

空化現(xiàn)象常位于局部壓力降至臨界空化壓力以下的流場(chǎng)區(qū)域，而在旋渦的局部旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作用下，旋渦中心形成低壓區(qū)，易引發(fā)渦空化現(xiàn)象。旋轉(zhuǎn)平衡方程[14]（ω×u=-?(p+ρu2/2)/ρ）揭示了高渦量（ω）與低壓力（p）之間的關(guān)聯(lián)。在選定的軸向截面、葉頂展向截面以及間隙中部展向截面上，分別顯示壓力和渦量云圖，如圖7～8所示。

圖7 葉輪流道內(nèi)軸向和展向截面上的壓力分布Fig.7 Pressure distribution on axial and spanwise sections in impeller flow passage

在軸向截面圖中，低于常溫水臨界空化壓力（3 540 Pa）的區(qū)域，主要集中于葉片背面，其范圍隨半徑增大而增大，尤其在葉頂附近擴(kuò)大，這是受到葉頂間隙空化流動(dòng)的影響。由對(duì)應(yīng)渦量云圖可見，空化區(qū)域的渦量較高，但渦量峰值主要在展向截面云圖中體現(xiàn)。葉頂展向截面的高渦量區(qū)域具有楔形輪廓，并在葉頂翼型中部弦長附近呈“V”形結(jié)構(gòu)，這與圖5 中的空化現(xiàn)象相對(duì)應(yīng)。間隙中部展向截面的高渦量區(qū)域集中在葉頂間隙內(nèi)部，結(jié)合圖6中圓圈區(qū)域內(nèi)的流動(dòng)顯示可見，間隙泄漏流近似沿垂直于葉頂剖面翼弦方向流動(dòng)，促使空化渦流向葉片低壓側(cè)發(fā)展。綜合壓力準(zhǔn)則和渦量準(zhǔn)則的顯示結(jié)果可見，空化末端“V”形區(qū)域的壓力值并未全部達(dá)到臨界汽化壓力以下，說明空化流場(chǎng)中的渦流特征顯著，旋渦對(duì)空化形成有促進(jìn)影響。

2.2 Q準(zhǔn)則和λ2準(zhǔn)則

眾多理論渦模型（如Vatistas 模型，Lamb-Oseen 模型等[15]）常用于描述理想旋渦的速度分布，也為水力機(jī)械中的渦流研究提供了借鑒。由于旋轉(zhuǎn)渦核區(qū)沿渦半徑方向存在較高速度梯度，因此，基于速度梯度張量的渦識(shí)別準(zhǔn)則有助于揭示旋渦區(qū)域。速度梯度張量（?V）可分解為應(yīng)變率張量（S）和旋轉(zhuǎn)率張量（Ω），滿足關(guān)系式S≡(?V+?VT)/2 和Ω≡(?V-?VT)/2，上標(biāo)T 表示張量轉(zhuǎn)置。將速度梯度張量寫成矩陣形式，在矩陣的特征值方程λ3+Pλ2+Qλ+R=0 中，P、Q和R表示速度梯度張量的三個(gè)伽利略不變量，Q準(zhǔn)則即用第二個(gè)不變量Q＞0 的方法表示渦結(jié)構(gòu)。λ2準(zhǔn)則是在張量S2+Ω2的三個(gè)特征值（λ1≤λ2≤λ3）中，采用λ2＜0的區(qū)域表示渦。

Q準(zhǔn)則和λ2準(zhǔn)則都在權(quán)衡旋轉(zhuǎn)率與應(yīng)變率之間的關(guān)系，兩準(zhǔn)則在大量研究中表現(xiàn)出很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，如圖9和圖10所示。雖然兩準(zhǔn)則在數(shù)值上具有正、負(fù)差異，但其絕對(duì)值的分布規(guī)律保持一致，絕對(duì)值較高的位置表示局部旋轉(zhuǎn)較強(qiáng)的流動(dòng)區(qū)域。理論上，Q準(zhǔn)則和λ2準(zhǔn)則修正了渦量等價(jià)于渦的概念，在一定程度上排除了圖8 高渦量區(qū)對(duì)剪切流的辨識(shí)影響，使得渦流結(jié)構(gòu)特征更為清晰。葉頂展向截面云圖顯示了葉片背面的間隙泄漏渦區(qū)域，泄漏渦沿楔形空化區(qū)的外輪廓發(fā)展，與葉片背面存在夾角。間隙內(nèi)部較強(qiáng)的渦流特征主要在間隙中部截面云圖中體現(xiàn)。在兩個(gè)展向截面中，“V”形渦流區(qū)域相比圖5的空化范圍有所延長，說明空化現(xiàn)象出現(xiàn)于渦流結(jié)構(gòu)中，結(jié)合圖7所示的“V”形分支內(nèi)高于臨界空化壓力的現(xiàn)象分析，充分證實(shí)了渦流對(duì)空化形成的促進(jìn)作用。在圖9和圖10的軸向截面上，流場(chǎng)大部分非空化區(qū)域的Q和λ2值都接近于零，僅在葉片背面和葉頂空化區(qū)域包含較強(qiáng)的渦旋運(yùn)動(dòng)，也表明了空化對(duì)旋渦生成的促進(jìn)作用。

圖8 葉輪流道內(nèi)軸向和展向截面上的渦量分布Fig.8 Vorticity distribution on axial and spanwise sections in impeller flow passage

圖9 葉輪流道內(nèi)軸向和展向截面上的Q分布Fig.9 Invariant Q distribution on axial and spanwise sections in impeller flow passage

圖10 葉輪流道內(nèi)軸向和展向截面上的λ2分布Fig.10 λ2 distribution on axial and spanwise sections in impeller flow passage

2.3 無量綱的渦識(shí)別準(zhǔn)則

如圖7～10所示，各準(zhǔn)則在辨識(shí)葉頂空化渦流區(qū)域時(shí)，所取數(shù)值相差若干個(gè)數(shù)量級(jí)，閾值問題不可避免。為了克服人為確定合適閾值的問題，Liu 等[17]提出一種無量綱的渦識(shí)別方法，命名為Ω渦識(shí)別方法。基本原理是將渦量分解為旋轉(zhuǎn)和剪切部分，通過變量Ω表征旋轉(zhuǎn)渦量在總渦量中的比例，Ω的計(jì)算公式為

式中，a=trace(ATA)，b=trace(BTB)，a和b分別表示速度梯度張量的對(duì)稱張量A和反對(duì)稱張量B的Frobenius范數(shù)的平方，ε為防止分母為零的小正數(shù)（本算例中取為1×10-3[s^-2]）。據(jù)式可見，Ω的數(shù)值介于0到1之間，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)的無量綱化。當(dāng)反對(duì)稱張量B相對(duì)于對(duì)稱張量A占優(yōu)時(shí)，則有Ω＞0.5的常用渦判據(jù)。

根據(jù)Ω的定義式，采用CEL語句寫入CFX-Post軟件，結(jié)果如圖11所示。為凸顯旋轉(zhuǎn)占優(yōu)區(qū)域，以經(jīng)驗(yàn)值Ω=0.52 為參照，將圖中標(biāo)尺范圍調(diào)至0.5～0.55。由兩個(gè)展向截面所示的葉頂附近渦流區(qū)域可見，Ω準(zhǔn)則顯示出葉頂楔形空化的外輪廓渦流區(qū)，以及空化尾流的“V”形渦流結(jié)構(gòu)，與Q準(zhǔn)則和λ2準(zhǔn)則所示截面辨識(shí)效果基本一致。為了分析渦流的空間結(jié)構(gòu)特征，采用渦準(zhǔn)則等值面進(jìn)行顯示，圖12 比較了Q準(zhǔn)則和Ω方法。根據(jù)圖9 中的Q準(zhǔn)則分布，采用Q=1×106[s^-2]等值面顯示，受到葉輪外壁及間隙附近旋轉(zhuǎn)剪切影響，葉頂空化外緣出現(xiàn)一個(gè)圓柱環(huán)面，圖中進(jìn)行了透明處理。提高Q值可以消除旋轉(zhuǎn)剪切對(duì)渦流辨識(shí)的干擾，局部強(qiáng)旋轉(zhuǎn)區(qū)域集中在空化尾緣“V”形處，此處壓力場(chǎng)（圖7）特征揭示了旋轉(zhuǎn)角動(dòng)量對(duì)空化的影響。相比之下，Ω等值面未受到葉頂旋轉(zhuǎn)剪切的影響，Ω=0.52的經(jīng)驗(yàn)判據(jù)涵蓋了葉頂空化渦流區(qū)域，同時(shí)顯示出葉輪流道內(nèi)更加豐富的渦流結(jié)構(gòu)。根據(jù)眾多算例驗(yàn)證反饋[18]，Ω經(jīng)驗(yàn)判據(jù)能夠揭示流場(chǎng)中的強(qiáng)渦和弱渦，借助更大數(shù)值可以尋找渦核結(jié)構(gòu)。由圖12 中Ω=0.8 的等值面可見，渦流結(jié)構(gòu)從葉片正面中部區(qū)域向下游發(fā)展，強(qiáng)渦區(qū)域集中在葉片之間。盡管葉道渦附近的壓力未達(dá)到空化臨界值，但從對(duì)流動(dòng)影響的角度考慮，葉道渦的影響不可忽略。

圖11 葉輪軸向和展向截面上的Ω 分布Fig.11 Ω distribution on axial and spanwisesections in impeller flow passage

圖12 葉輪流道內(nèi)渦準(zhǔn)則的等值面圖Fig.12 Iso-surface of vortex identification criteria in impeller flow passage

3 結(jié) 論

本文以某噴水推進(jìn)泵模型為例，采用數(shù)值模擬計(jì)算方法，關(guān)注葉頂空化渦流特性，辨識(shí)空化流場(chǎng)中的渦流特征，得出以下結(jié)論：

（1）針對(duì)旋渦空化的特點(diǎn)，采用考慮旋轉(zhuǎn)修正的湍流模型和空化模型，對(duì)推進(jìn)泵的水力特性和空化區(qū)域進(jìn)行數(shù)值預(yù)測(cè)，經(jīng)過與參考實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了數(shù)值預(yù)報(bào)的可行性。在流量系數(shù)Q*=0.71 的工況下，分析了空化程度對(duì)水力特性的影響，即使空化尚未導(dǎo)致推進(jìn)泵的性能陡降，其內(nèi)部流場(chǎng)中的空化現(xiàn)象仍不可忽略。

（2）推進(jìn)泵內(nèi)的空化區(qū)域，主要集中在葉輪葉片背面和葉頂間隙處，基于空化區(qū)域的含汽量分析，揭示了葉片表面附著空化和葉頂間隙渦空化的特性差異。采用不同類型的渦流辨識(shí)方法，針對(duì)葉頂間隙空化渦流場(chǎng)進(jìn)行分析，綜合壓力、渦量、Q和λ2等常用準(zhǔn)則的辨識(shí)效果，揭示了葉頂間隙泄漏渦對(duì)空化的促進(jìn)作用。針對(duì)渦識(shí)別準(zhǔn)則普遍存在的閾值選取問題，將無量綱的Ω渦識(shí)別方法應(yīng)用于葉頂間隙空化渦流辨識(shí)，體現(xiàn)了Ω經(jīng)驗(yàn)值的實(shí)用性。基于Ω方法顯示出更為豐富的渦流結(jié)構(gòu)，后續(xù)將對(duì)渦流影響空化流場(chǎng)的穩(wěn)定性做進(jìn)一步探究。