(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210966914.8 (22)申请日 2022.08.11 (71)申请人 浙江理工大 学 地址 310018 浙江省杭州市江干区下沙高 教园区2号大街9 28号浙江理工大 学 (72)发明人 李林敏　裴承乾　徐金秋　李晓俊　 朱祖超　 (74)专利代理 机构 浙江永航联科专利代理有限 公司 33304 专利代理师 黄丽珍 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06Q 10/04(2012.01)G06Q 10/06(2012.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/04(2020.01) (54)发明名称 一种基于空泡溃灭势能的空蚀风险预测方 法 (57)摘要 本发明公开了一种基于空泡溃灭势能的空 蚀风险预测方法， 包括以下步骤： 建立基于空泡 溃灭射流中所蕴含势能的空蚀风险评估方法； S2、 利用建模软件对计算域进行建模， 并对其进 行网格划分； 选择相应的湍流模 型和空化模型求 解所给选定计算域中的非定常空化流动； 进行空 化计算， 并在获得较准确的空泡形态时， 开始对 压力进行时间平均， 求解其平均压力场。 有益效 果： 本发明基于计算流体力学的手段来预测材料 表面的空蚀分布， 通过数值分析避免了大量繁琐 困难的实验探究， 节省了实验成本和时间； 通过 计算流体力学的手段定量的对模型进行空蚀分 析， 能够较为准确和全面地预测模 型表面各区域 的空蚀破坏程度。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115422852 A 2022.12.02 CN 115422852 A 1.一种基于空泡 溃灭势能的空蚀风险预测方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 建立基于空泡 溃灭射流中所蕴含势能的空蚀风险评估方法； S2、 利用建模软件 对计算域进行建模， 并对其进行网格划分； S3、 选择相应的湍流模型和空化模型求 解所给选定计算域中的非定常空化 流动； S4、 进行空化计算， 并在获得较准确的空泡形态时， 开始对压力进行时间平均， 求解其 平均压力场； S5、 将得到的平均压力场作为空蚀模型中的参数， 在计算域中加载空蚀计算程序， 从而 得到计算 域中各点的空蚀风险指标及分布。 2.根据权利要求1所述的一种基于空泡溃灭势能的空蚀风险预测方法， 其特征在于， 所 述步骤S1中， 所述的空蚀模型基于如下假设： 空蚀是由靠近材料表面的空泡在溃灭时释放 的本身的大尺度空泡涡结构中所蕴含的势能造成的， 即空泡溃灭时产生的压力波 是导致空 蚀的主要因素， 因此靠 近材料表面区域的空泡造成的空蚀破坏远大于其 他区域。 3.根据权利要求2所述的一种基于空泡溃灭势能的空蚀风险预测方法， 其特征在于， 步 骤S1中， 所述的空蚀模型采用的公式如下： (a1)采用公式一获取空泡结构溃灭时的压力波Ppot： 公式一： 其中， ΔP＝(Pd‑Pv)， Pd表示驱动空泡溃灭的一般未知压力场， Pv表示饱和 压力， Vv表示 空泡体积； (a2)根据公式二和公式三计算势 功率密度： 公式二： 其中， αv＝Vν/Vcell， αv表示空泡的体积分数， Vcell表示空泡所处单元格体积； 同时， αv还 可表示为αv＝( ρ‑ρl)/( ρν‑ρl)， ρν为蒸汽密度， ρl为液体密度， ρl为混合物密度； 公式三： (a3)根据公式四输运方程计算体积分数αv： 公式四： 其中， u为 流体速度矢量， S为质量源项(可通过空化模型进行计算) (a4)根据公式五混合相连续方程和公式六动量方程计算S： 公式五； 公式六： 其中， τ 为剪切应力， 对于不可压缩流体(忽略体膨胀率)； 公式七： 其中， μ为粘度， 是流体的基本属性， 为权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115422852 A 2公式八： 通过上述动量方程， 可以计算得到流场速度和压力参数； 模型假定能量只随总空泡体积变化而变化； 因此， 空泡结构在凝结时逐渐释放能量， 而 不是在溃灭后立即释放能量； 公式三中第二项描述了当空泡结构向正(负)压梯度运动时， 其势能将发生变化； 但是， 只要空泡不经历任何体积 变化， 势能变化对空泡溃 灭时的能量平 衡没有影响； (a6)根据公式四计算单 元网格中的局部的瞬时空蚀率 公式九： 其中为考虑空化计算得到的瞬态流场的平均压力分布， 通过每个时间步的累加并 除以 计算总时间得到， 优选地， 平均压力计算时间至少保证空泡产生 溃灭超过10个周期； 公式十： (a7)根据公式十一计算时间累计空蚀率 公式十一： 4.根据权利要求3所述的一种基于空泡溃灭势能的空蚀风险预测方法， 其特征在于， 以 所述空蚀率es作为信号输入， 引入冲击强度指数n来对空蚀率eS进行不同的标准化处理， 得 到空蚀风险指标Ef。 5.根据权利要求4所述的一种基于空泡溃灭势能的空蚀风险预测方法， 其特征在于， 述 的表征空蚀风险指标 所采用的公式十二如下： 公式十二： 其中， Ef为总空蚀率eS关于累计空蚀率 和总冲击时间T标准 化后的参数。 6.根据权利要求5所述的一种基于空泡溃灭势能的空蚀风险预测方法， 其特征在于， 所 述的用来放大 空蚀率的冲击强度指数n＝ 1， 2， 3，…； n的取值决定了所预测空蚀区域的准确 性。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115422852 A 3