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三维水翼片空泡尺度效应研究
摘要：
空泡尺度效应是研究气液界面作用及其在水翼片中应用中的重要问题。本文通过数值模拟的方式，研究空泡对三维水翼片流场的影响，并分析了空泡尺度对水翼片性能的影响。结果表明，较小的空泡对水翼片的性能影响较小；随着空泡尺度的增大，水翼片的升力和阻力均呈现出增大的趋势。
关键词：空泡尺度效应；气液界面；水翼片；数值模拟
Abstract:
Thescaleeffectofairbubblesisanimportantissueinstudyingtheinteractionofgas-liquidinterfaceanditsapplicationinwaterwingblades.Inthispaper,theinfluenceofairbubblesontheflowfieldofthree-dimensionalwaterwingbladeswasstudiedthroughnumericalsimulation,andtheinfluenceofthescaleofairbubblesontheperformanceofwaterwingbladeswasanalyzed.Theresultsshowthatsmallairbubbleshavelittleeffectontheperformanceofwaterwingblades;Withtheincreaseofairbubblescale,theliftanddragofwaterwingbladesshowanincreasingtrend.
Keywords:scaleeffectofairbubbles;gas-liquidinterface;waterwingblade;numericalsimulation
介绍：
水翼片是一种通过引入激波来增加船体推动力和降低阻力的技术。水翼片与空气之间的复杂相互作用导致了气液界面的形成，而空气泡缺口则更进一步影响了水翼片的流动和性能。为了研究水翼片在不同气泡空间下的流动和性能特性，空泡尺度效应是一个需要考虑的重要因素。本文将通过数值模拟的方法对三维水翼片中的空泡尺度效应进行研究。
方法：
本研究使用了计算流体力学（CFD）方法对水翼片中的空气泡流动进行了数值模拟。在三维空间内建立了模拟单元，并使用不可压缩Navier-Stokes方程描述了四个相互作用的液体和气体的同步运动。
输入不同尺寸的空气泡后，对水翼片的气动特性进行了详细的研究分析。研究了水翼片的升力系数、阻力系数、升力与阻力的比值、速度矢量图、发展的边缘等。同时，还对模拟数据进行了验证，以确保结果的准确性和可靠性。
结果：
模拟结果表明，较小的空气泡对水翼片的性能基本没有影响。随着空气泡尺度的增大，水翼片的气动特性表现出以下趋势：
1.升力系数和阻力系数的绝对值相对增大；
2.升阻比相对减小；
3.速度矢量图变得更加复杂，但总趋势是与流动方向成锐角；
4.流动阻力和结果增大，阻力系数不断增加；
与实验数据的比较表明，模拟结果与实验数据符合较好，验证了研究的准确性和可靠性。
结论：
本文研究了三维水翼片中的空泡尺度效应，通过数值模拟分析了不同尺度空气泡对水翼片性能的影响。结果表明，随着空气泡尺度的增大，水翼片的升力和阻力均呈现出增大的趋势，这为水翼片的设计和应用提供了理论支持。