考虑气相凝结过程中空化侵蚀预测方法及装置、电子设备

本申请涉及流体动力学领域，尤其涉及一种考虑气相凝结过程中空化侵蚀预测方法及装置、电子设备。

背景技术：

1、空化是流体机械中普遍存在的现象，当液体局部压力降至临界值（接近饱和蒸汽压力）以下时，形成气泡。气泡在进入高压区时因内外压力变化而溃灭，释放的能量会导致材料疲劳破损和表面剥蚀，这种现象称为空蚀。空蚀广泛存在于离心泵、船用螺旋桨和高速诱导轮等设备中，可能严重损坏部件，增加振动、噪声和维护成本。例如，涡轮转轮和流体轴承在运行数周后可能需要更换或维修。因此，从有关设计和维护的工业角度来看，预测空化侵蚀仍然是关注的主要问题。

2、目前基于不同的空化侵蚀机制的理论，已经有多种空蚀预测的理论模型被提出：ifm模型基于空蚀破坏主要是由压力梯度主导这一假设，认为当某一区域的压力梯度大于空蚀产生的阈值时，就判定该压力梯度是导致空蚀产生的能量之一。tai模型基于3个假设:第一个假设认为空蚀是由近壁区域的空泡溃灭造成的，而那些远离固体表面的空泡具有的侵蚀性较小，因此仅需计算近壁区域的空蚀强度即可得到准确的空蚀分布。第二个假设指出，空蚀破坏主要是由空泡体积的变化主导的，泡的体积变化速率越大时空蚀强度越强。第三个假设认为空蚀的强度随着溃灭空泡数量的增加而增加。根据以上假设定义了可用于表示材料表面瞬时局部空化侵蚀的表达式。glm模型基于如下假设：空泡溃灭时产生的能量约等于溃灭瞬间的压力的空泡体积的乘积，当局部的瞬时空蚀率大于某一阈值时才会认为有空蚀发生，否则认为此时没有发生空蚀。

3、这三种典型方法在预测结果上与实验结果存在较大差别，不能很好的模拟和预测出准确结果；此外，上述的空蚀计算方法并没有考虑流场中气液相变速率的问题，气液相变速率代表了空化模型中对于空化现象蒸发、凝结两个逆反过程程度的描述。其中相变速率有正负之分，正值代表了液相蒸发过程，负值代表了气相的凝结过程，相变速率绝对值的大小则反映的相应过程发生的程度。对于空蚀预测计算应考虑空泡溃灭时的气相凝结过程，因此需要构建气相凝结过程中的空蚀预测计算方法。

技术实现思路

1、鉴于此，本申请实施例提供一种考虑气相凝结过程中空化侵蚀预测方法及装置、电子设备，能够更加准确地得到空蚀预测结果。

2、根据本申请实施例的第一方面，提供一种考虑气相凝结过程下的空化侵蚀预测方法，包括：

3、s1：基于空泡溃灭时产生的能量约等于空泡体积与空泡内外压差的乘积，计算每个单元中势能功率；

4、s2：将每个单元中势能功率除以单元体积，得出势功率密度；

5、s3：考虑到气泡溃灭主要由压力的变化而导致，对所述势功率密度进行简化；

6、s4：对气相凝结速率进行计算；

7、s5：根据简化后的势功率密度和气相凝结速率，构建修正的空蚀预测计算模型，所述气相凝结速率小于零；

8、s6：建立三维水翼模型；

9、s7：对所述三维水翼模型依次进行流道抽取和计算域处理，得到三维流体计算域模型；

10、s8：对所述三维流体计算域模型进行网格划分得到网格模型；

11、s9：对所述网格模型进行流体仿真计算，获得计算数据；

12、s10：基于所述计算数据，利用所述修正的空蚀预测计算模型，计算获得空化侵蚀云图；

13、s11：根据所述空化侵蚀云图，得到空化侵蚀预测结果。

14、根据本申请实施例的第二方面，提供一种考虑气相凝结过程下的空化侵蚀预测装置，包括：

15、第一计算模块，用于基于空泡溃灭时产生的能量约等于空泡体积与空泡内外压差的乘积，计算每个单元中势能功率；

16、第二计算模块，用于将每个单元中势能功率除以单元体积，得出势功率密度；

17、第三计算模块，用于考虑到气泡溃灭主要由压力的变化而导致，对所述势功率密度进行简化；

18、第四计算模块，用于对气相凝结速率进行计算；

19、构建模块，用于根据简化后的势功率密度和气相凝结速率，构建修正的空蚀预测计算模型，所述气相凝结速率小于零；

20、模型建立模块，用于建立三维水翼模型；

21、模型处理模块，用于对所述三维水翼模型依次进行流道抽取和计算域处理，得到三维流体计算域模型；

22、网格划分模块，用于对所述三维流体计算域模型进行网格划分得到网格模型；

23、第五计算模块，用于基于cfd对所述网格模型进行流体仿真计算，获得计算数据；

24、第六计算模块，用于基于所述计算数据，利用所述修正的空蚀预测计算模型，计算获得空化侵蚀云图；

25、结果输出模块，用于根据所述空化侵蚀云图，得到空化侵蚀预测结果。

26、根据本申请实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括：

27、一个或多个处理器；

28、存储器，用于存储一个或多个程序；

29、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的方法。

30、本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

31、本申请将气相凝结速率引入空蚀预测计算中，能够更好预测出材料表面侵蚀范围，使仿真结果更加符合实验结果，对于进一步研究空蚀破坏具有指导性意义。

技术特征：

1.一种考虑气相凝结过程下的空化侵蚀预测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个单元中势能功率ppot的计算公式如下：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，势功率密度pden的计算公式如下：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，简化后的势功率密度如下：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气相凝结速率rcond的计算公式如下：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述三维水翼模型依次进行流道抽取和计算域处理，得到三维流体计算域模型，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于cfd对所述网格模型进行流体仿真计算，获得计算数据，包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述计算数据，利用所述修正的空蚀预测计算模型，计算获得空化侵蚀云图，包括：

9.一种考虑气相凝结过程下的空化侵蚀预测装置，其特征在于，包括：

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开了一种考虑气相凝结过程中空化侵蚀预测方法及装置、电子设备，包括：基于空泡溃灭时产生的能量，计算每个单元中势能功率；将每个单元中势能功率除以单元体积，得出势功率密度；对所述势功率密度进行简化；对气相凝结速率进行计算；根据简化后的势功率密度和气相凝结速率，构建修正的空蚀预测计算模型，所述气相凝结速率小于零；建立三维水翼模型并依次进行流道抽取和计算域处理，得到三维流体计算域模型；对所述三维流体计算域模型进行网格划分得到网格模型；对所述网格模型进行流体仿真计算，获得计算数据；基于所述计算数据，利用所述修正的空蚀预测计算模型，计算获得空化侵蚀云图；根据所述空化侵蚀云图，得到空化侵蚀预测结果。技术研发人员：张光,赵佳钧,林哲,陈德胜,陶俊宇受保护的技术使用者：浙江理工大学技术研发日：技术公布日：2024/11/21