空化是水利水電、船舶海洋、水中兵器等工程中的一種常見(jiàn)水動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，往往伴隨著性能下降、振動(dòng)增強(qiáng)、空蝕破壞等不利影響，嚴(yán)重影響水力機(jī)械及水工建筑物的安全、高效運(yùn)行，一直是水動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)和難點(diǎn)課題之一。然而，空化作為一種宏觀空穴演變與微觀氣泡行為相互耦合的多尺度復(fù)雜非定常流動(dòng)，對(duì)空化流動(dòng)的數(shù)值模擬方法提出了巨大的挑戰(zhàn)。

為此，季斌教授課題組在開(kāi)源OpenFOAM平臺(tái)上，提出并構(gòu)建了一套基于歐拉-拉格朗日方法的多尺度空化流動(dòng)精細(xì)模擬程序。對(duì)繞水翼的外部空化流動(dòng)和工業(yè)噴管內(nèi)部的空化流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬研究。分析了非定常空化流動(dòng)的多尺度結(jié)構(gòu)特征，揭示了宏觀空化流動(dòng)對(duì)微觀氣泡團(tuán)的影響規(guī)律，進(jìn)一步基于流場(chǎng)中近壁面氣泡信息，提出了一種考慮氣泡非對(duì)稱(chēng)坍塌效應(yīng)的空蝕預(yù)報(bào)方法，闡明了空蝕破壞的微觀機(jī)理。該研究成果為深入研究空化不穩(wěn)定性機(jī)制提供了一種可靠方法。該研究成果分別以“Euler-Lagrange study of cavitating turbulent flow around a hydrofoil”和“Numerical prediction of cavitation erosion risk in an axisymmetric nozzle using a multi-scale approach” 為題，發(fā)表在國(guó)際流體力學(xué)頂級(jí)期刊《Physics of Fluids》上，課題組博士生王紫陽(yáng)為論文第一作者，通訊作者為季斌教授，合作者包括武漢大學(xué)程懷玉博士后，其中論文“Numerical prediction of cavitation erosion risk in an axisymmetric nozzle using a multi-scale approach”被主編選為當(dāng)期的Featured Article文章，并在Physics of Fluids主頁(yè)重點(diǎn)展示。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金等的項(xiàng)目資助。

基于多尺度方法的非定常空化流動(dòng)模擬結(jié)果

論文鏈接：https://doi.org/10.1063/5.0070312、https://doi.org/10.1063/5.0095833