Принцип влияния шероховатости поверхности на кавитационное обтекание крыла

В высоконапорном гидротехническом оборудовании даже при обычных применяемых перепадах давления фактического расхода в щелевых зазорах зачастую возникает кавитация. Гидродинамическая кавитация вызывает нежелательные и разрушительное воздействие как внутри самого зазора, так, и выходя за его пределы, влияет на весь механизм в целом, поэтому настоящая работа посвящена выявлению закономерностей движения кавитационных полостей в щелевых зазорах и пониманию причин влияния шероховатостей поверхности тел обтекания на возникновение и развитие нестационарных кавитационных полостей. Представляются результаты экспериментального исследования кавитационного обтекания крыла NACA0012 с различной поверхностной структурой: гладкой и текстурной шероховатостью. Морфология поверхности задавалась методом лазерной абляции. Определялись средние значения и интенсивность парогазовых полостей. Сопоставление интегральных характеристик развития каверны вблизи двух тел обтекания с гладкой поверхностью и с текстурированной поверхностью позволило выявить, что текстурирование задерживает зарож-дающуюся кавитацию и немного уменьшает интенсивность кавитации при более высоких числах кавитации. 

Иллюстрация основных этапов развития кавитационной полости вблизи гладкого крыла (слева) и принцип влияния шероховатости поверхности на кавитационное обтекание крыла (справа).

Интенсивность кавитации для больших числах кавитации σ > 1.69 для гладкого крыла значительно выше, чем для шероховатого, что также коррелирует со значениями чисел Струхаля. При меньших числах кавитации (σ < 1.61) для шероховатого профиля интенсивность значительно увеличивается по сравнению с полированным образцом. Длина прикрепления каверны к телу обтекания для всех исследуемых режимов течения для гладкого крыла больше, чем для шероховатого. Эта тенденция прослеживается для числа кавитации σ > 1.75. Визуализация эволюции каверн, показывающая особенности развития кавитационной полости на подсасывающей стороне крыла с различной морфологией поверхности, позволила наглядно продемонстрировать особенности возникновение и раз-витие каверн на телах с различной морфологией поверхности. Показано, что прилипание присоединенной каверны к поверхности крыла для профиля с регулярной шероховатостью происходит в меньшей степени, чем для тела с хаотичной шероховатостью. Было выявлено, что возвратного течение для профиля с нанесенной текстурированной поверхностью пульсирует. Причиной возникающих пульсаций возвратного течения являются небольшие вихри, возникающие в области шероховатости поверхности, при этом направление вращения этих вихрей является противоположным относительно направления движения жидкости вдоль поверхности тела, что приводит к локальной смене направления движения возвратного течения. Также показано, что небольшие вихри, зараждающиеся за неровностями регулярной шероховатости не позволяют каверне при ее росте прилипнуть к поверхности тела обтекания, что как следствие приводит к уменьшению основной частоты схода (отрыва) каверн и увеличению частоты образования более мелких парогазовых полостей.

Руководитель работы – к. ф.-м. н. Кравцова А.Ю., тел. +7 (383) 330-87-82.