Investigation of condensation shocks and re-entrant jet dynamics in a cavitating nozzle flow by Large-Eddy Simulation
云空化与云周期性脱落的内在不稳定性有关。脱落过程是由液体再入射流或凝结激波的运动开始的。喷嘴内的云雾空化与喷嘴内的流场、质量流量和喷雾破碎相互作用，造成冲蚀破坏。对于喷管的几何形状，还没有详细地研究过云的脱落和有关的过程.本文采用隐式大涡模拟（LES）方法研究了一个普通阶梯喷管内的云空泡脱落、再入射流和凝结激波的形成过程。对于空化液体的建模，我们采用正压平衡空化模型，嵌入在一个均匀的多组分混合物模型。考虑了所有组分的完全可压缩性，以解决塌陷蒸汽结构的影响。我们进行模拟的两个工作点表现出不同的空化制度。时间分辨的三维模拟结果涵盖了几个脱落周期，并提供了更深入的了解流场。我们的研究结果表明，在较低的空化数，脱落是由凝结冲击，这还没有被报道的喷嘴流具有恒定的横截面。我们分析了两个工作点的空化动力学和脱落周期。根据我们的观察，我们建议修改已建立的图表的云脱落过程。此外，我们还分析了蒸汽层内和蒸汽层下的近壁上游流动以及形成再入射流的可能驱动机制。
2020-01-09 physics.flu-dyn
Modeling of Hydroacoustic Noise from Marine Propellers with Tip Vortex Cavitation
本研究通过大涡模拟与空化模型及声类比，研究船用螺旋桨梢涡空化湍流，发现空化增强水下辐射噪声，尤其下游方向声压级增加达20分贝。
2024-05-24 physics.flu-dyn
Flow-Induced Vibration of Flexible Hydrofoil Within Cavitating Turbulent Flow
本研究采用LES、均相混合空化模型与结构模态叠加法，探究悬臂柔性水翼在三维流场中的流致振动与空化动力学，揭示了空化与结构振动共同主导螺旋桨鸣音噪声的机制。
2024-06-03 physics.flu-dyn
Numerical prediction of erosion due to a cavitating jet
本文采用高分辨率有限体积法对空化射流的冲蚀特性进行了数值研究。作为热力学模型，我们采用正压平衡空化的方法，嵌入到一个均匀的混合物模型。为了解决崩溃的蒸汽结构的影响，并估计侵蚀潜力，充分压缩性被认为是。两个不同的工作点，具有不同的空化强度进行了调查，并估计和比较其侵蚀潜力。为此目的使用不同的方法，包括塌陷检测（Mihatsch等人，2015年），最大压力分布的墙壁上，和一种新的方法产生的数值坑当量。详细分析了数值坑当量的数据，并与文献中的实验数据进行了比较。此外，一个全面的网格研究两个工作点。
2022-03-08 physics.flu-dyn
Unsteady cavitation dynamics and frequency lock-in of a freely vibrating hydrofoil at high Reynolds number
本文研究了高雷诺数条件下非定常局部空化对自由振动翼型流固耦合的影响。我们考虑一个弹性安装的NACA 66水翼部分，是自由振动的横向流动方向。研究了小攻角下空化流动与横向振动耦合的动力学特性。对于数值研究，我们采用了一个最近开发的统一的变分流体-结构相互作用框架的基础上均匀混合物为基础的空化与混合URANS LES湍流模型。首先，我们验证了湍流空化流的实验数据的数值实现。对于自由振荡的水翼，我们观察到大振幅的振动，在不稳定的部分空化条件下，在非空化流缺席。我们确定了一个频率锁定现象的主要来源，持续大幅振动，从而不稳定的升力锁定到一个分谐波的水翼固有频率。在空泡坍缩和脱落过程中，我们发现了一个周期性的顺时针涡量的产生，导致非定常升力的产生。我们通过增长空腔和逆压梯度之间的相互作用，确定了这种流动不稳定性的根源。流致结构振动被观察到有随之而来的影响的空腔动力学。在频率锁定状态下，在水翼吸力面上可以看到大的相干空泡结构，它们经历了一个完整的空泡生长-分离-塌陷循环。对于后锁定制度，腔长度较短，并观察到所附的腔进行高频空间局域振荡。在这种情况下，空腔脱落主要限于空腔尾端，并且完全空腔分离和脱落事件的频率降低。
2022-02-22 physics.flu-dyn
Cavitating Flow Behind a Backward Facing Step
采用高速摄像技术和时间分辨X射线密度测量技术，结合静态和动态压力测量，研究了后向台阶尾流中的流动拓扑和非定常空化动力学。这些测量结果被用来了解所观察到的流动动力学的基本机制，因为它们与冲击波引起的不稳定性有关。在不同的空化数的空腔的拓扑结构和行为的差异进行检查，以突出流的功能，如对空化展向涡在剪切层和传播泡状冲击前。在不同的空化条件下的冲击速度估计的基础上的空隙率测量使用的X-T图和相比，使用一维Rankine Hugoniot跳跃条件计算。这两个速度（计算和测量）被认为是可比的。气泡混合物的可压缩性的影响是通过估计使用均匀的“冻结模型”和均匀的“平衡模型”的局部声速来确定的。目前对声速的估计表明，用于确定局部声速的表达式比声速的“平衡模型"更接近经典的”冻结模型“。
2020-12-06 physics.flu-dyn
Boundary layer instability control in the unsteady cloud cavitating flow
本文提出了一种被动边界层控制方法，对CAV 2003基准翼型吸力面和尾流区的空腔涡结构进行了控制。该方法可用于不同的应用中，例如船舶、水轮机和水力机械。首先，本文采用混合URANS湍流模型对三维非定常云空泡流场进行了数值模拟，并结合实验数据进行了验证。我们使用开源代码OpenFOAM和欧拉-欧拉空化模型进行了数值模拟。其次，研究了被动边界层控制方法对翼型吸力面和尾流区涡结构的影响。结果表明，这种控制方法可能会影响翼型表面和后缘附近的边界层结构。利用该技术，在弦长方向上对翼型表面的压力分布和速度场的脉动部分进行了修正。这种方法使边界层稳定，延迟了边界层的分离。因此，可以预期空化引起的振动的显著减少。
2018-08-18 physics.flu-dyn
Investigation of cloud cavitating flow in a venturi using Adaptive Mesh Refinement (AMR)
本文采用自适应网格细化（AMR）结合DES和Merkle模型模拟文丘里管云空化流动，发现AMR在喉部附近预测良好但下游精度不足，为AMR加速空化-湍流耦合模拟提供参考。
2024-09-04 physics.flu-dyn
The best whistler: a cavitating tip vortex
本文通过修正空泡动力学与界面波色散关系，揭示空化梢涡“涡唱”由近端呼吸模态波触发，并利用理论解解释了该现象仅在窄空化数范围内出现的原因。
2024-05-05 physics.ao-ph physics.flu-dyn
A novel data-driven method for augmenting turbulence modeling for unsteady cavitating flows
针对现有RANS等湍流建模方法无法准确复现空化流动局部湍流特性的问题，提出融合GEP与BFGS优化器的GEP-CFD数据驱动方法，可同时训练雷诺切应力与湍动能修正项，提升空化流动数值模拟精度。
2024-10-08 physics.flu-dyn
Study of the cavitating instability on a grooved Venturi profile
空化是流体力学许多领域的一种极限现象。在许多以前的工作中，已经研究和描述了在翼型、缩放台阶或叶片间通道中发展的部分空腔的不稳定性。本研究的目的是评估一个被动控制方法的板腔。根据操作条件，空化可以描述为两种不同的制度：一个不稳定的制度与云空化脱落和稳定制度，只有一个脉动片空腔。避免云空泡可以限制结构损坏，因为脉动片空泡的攻击性较小。这里研究了一个会聚-发散台阶的表面调整条件，如文丘里型障碍物，作为一种被动控制空化的解决方案。本研究讨论了一个有组织的粗糙度的效果，在纵向槽的形状，对发达的片腔。用激光多普勒测速仪、可视化和压力测量进行的分析表明，槽的几何形状，特别是槽深，作用于板腔动力学。结果表明，通过改变凹槽的几何形状，改变表面调整条件，可以减小空泡片长度，甚至抑制云状空泡脱落。
2013-06-21 physics.class-ph physics.flu-dyn
Cavitation Acoustic Perturbation Equations: A Computational Framework for Source-Resolved Multiphase Hydroacoustics
University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）
研究开发与空化一致的声扰动框架预测空化流声音，将空化物理嵌入声方程，纳入多种效应分辨噪声源。经一维波传播问题验证后用于绕圆柱和水翼空化流，能分析源频率等，为流体声学相关研究提供有效工具。
2026-07-23 math-ph math.MP physics.flu-dyn
dbnsCavitatingFoam: A density-based solver with equilibrium cavitation models in the OpenFOAM framework
本文介绍了一个基于密度的求解器适用于空泡流的OpenFOAM框架的发展。在该求解器中，采用热力学平衡混合物方法来模拟液相和气相之间的相变。使用这种方法，两个空化模型在一个单独的库中实现，虽然可以很容易地添加更多的空化模型。这两个模型是由Egerer等人（2014）开发的温度相关空化模型和正压空化模型。求解器的主要优点之一是它考虑了所有相的可压缩性。结合使用基于密度的方法，该特征使得能够捕获在空化结构崩溃时产生的冲击波，该空化结构已知是空化侵蚀的主要机制之一。该实施方案还包括一个后处理工具，该工具基于Mihatsch等人（2015）提出的方法检测侵略性湍流引起的冲击波，并识别具有高空蚀风险的区域。为了验证所实现的求解器和后处理工具，模拟了四种复杂性逐渐增加的情况。这些情况下的模拟结果与解析解，类似的数值模拟以及现有的实验结果进行了比较。所有这些比较表明，所实现的求解器得到的数值结果与参考解析解以及数值和实验结果吻合良好。
2020-09-10 physics.flu-dyn
A comparative evaluation of turbulence models for simulation of unsteady cavitating flows
本文系统比较了SST、SAS、DES、DDES、FBM和PANS等多种湍流模型在文丘里管云空化流动中的预测能力，发现网格细化可使标准模型复现蒸汽非定常性，但所有模型在局部湍流量上仍与X射线实验数据存在显著偏差。
2023-03-15 physics.flu-dyn
Numerical investigation of three-dimensional partial cavitation in a Venturi geometry
片状气穴现象出现在许多液压应用中，并可能导致技术问题。一些基本的成果，如复杂的拓扑结构的3维空化口袋及其相关的动态需要仔细vision.In本文中，部分空化的动态发展在3-D文丘里几何形状和与侧壁的相互作用进行了数值研究。模拟使用与非线性湍流模型和空隙输运方程模型相关联的单流体可压缩雷诺平均Navier-Stokes（RANS）求解器进行。使用创新的工具，如光谱适当的正交分解，这种空化流进行了详细的分析。特别注意支付在3-D效果的研究，通过比较与侧壁和周期性条件下获得的数值结果。一个三维动力学的片空化，无关的侧壁的存在下，确定和讨论。
2021-05-31 physics.flu-dyn
A finite element framework for fluid-structure interaction of turbulent cavitating flows with flexible structures
本文提出一个有限元框架，用于模拟柔性结构与空化湍流的流固耦合，通过均匀混合物模型、保持正性稳定化和动态亚格子方法，结合模态分析和分区迭代耦合，验证了刚性和柔性水翼案例，并揭示空腔和涡脱落对柔性水翼结构动力学的影响。
2023-12-29 physics.flu-dyn
Chordwise micro-jet placement reveals a trade-off between mean hydrodynamic performance and unsteady loading under cloud cavitation
Hakim Sabzevari University（哈基姆萨布泽瓦里大学）；Ferdowsi University of Mashhad（马什哈德 Ferdowsi 大学）
本研究通过数值模拟对比Clark-Y水翼的5个弦向微射流位置，发现提升平均水动力性能的位置与降低非定常载荷的位置存在权衡关系，优选位置需依研究目标而定。
2026-09-02 physics.flu-dyn
Passive Cavitation Mitigation on Hydrofoils via Porous Media: A Comparative Study of LES and RANS Models
本研究数值比较LES与RANS模型，探讨多孔介质作为被动策略抑制NACA 66 (MOD)水翼在非稳态两相流中的空化现象。
2025-05-26 physics.flu-dyn
Development of a novel nonlinear dynamic cavitation model and its numerical validations
针对空化泡团的建模问题，通过严格的数学推导，提出了一种考虑Rayleigh-Plesset方程二阶导数项的非线性动态空化模型（NDCM）。新模型有两个改进：（1）通过引入非均匀势函数，分别对增长和坍缩过程引入非均匀势函数，消除了经验系数;（2）只需要两个模型参数，它们都基于Blake临界半径R_b和平均最大增长半径R_m这两个物理量。利用OpenFOAM开发了相应的空化求解器，并在其中实现了改进的动量插值（MMI）方法，以确保计算结果与时间步长无关。三个验证的情况下，即数值气泡簇崩溃，超声喇叭实验，和流体动力空化绕细长体。结果表明，空化模型的非线性特性可以用ε_v和ε_c来准确反映，空化模型的非线性特性可以用R_b和R_m来反映，空化模型与实际物理量的相关性较好。此外，还讨论了NDCM在含弥散泡云空泡流中普遍应用的潜力。
2023-01-08 physics.flu-dyn
Temperature depression model for cavitating flow with thermodynamic suppression effect in high-temperature water
针对高温水空化流的热力学抑制效应，本文在Fruman模型基础上引入蒸发质量通量抑制效应，建立了温度降低模型，并在高达140°C的实验数据中验证了其高温区域再现能力。
2024-01-05 physics.flu-dyn
Trigger mechanism for a singing cavitating tip vortex
本文通过色散关系与波数-频率谱分析，揭示歌唱空化梢涡由双螺旋模态和呼吸模态组成，并提出基于修正固有频率和零群速度频率的两种无经验参数触发机制，经CSSRC和G.T.H.实验数据验证。
2024-05-05 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Bubble dynamics in a cavitating venturi
本研究针对液氮等低温流体在空化文丘里管中的气泡流，建立了包含界面与对流传热效应的数值模型，并通过二维CFD模拟和高速摄像实验验证了热传输对气泡动力学及空化长度预测的重要性。
2024-12-26 physics.flu-dyn
The direction of the microjet produced by the collapse of a cavitation bubble locatedin between a wall and a free surface
在本文中，我们提出了一个简化的理论模型的基础上的图像的方法，预测的方向后产生的空泡的自由界面和刚性壁之间的内爆的微射流。我们的理论预测已被验证通过一个彻底的实验研究，其中的脉冲激光空化气泡的壁和自由表面的距离是以系统的方式变化。此外，我们扩展的预测任意值的角，$π/(2n)$与$n$的自然数。本解析解将有助于设计新的战略，旨在防止所造成的损害空化气泡在固体基板
2020-11-09 physics.app-ph physics.flu-dyn
A simple model of ultrasound propagation in a cavitating liquid. Part I: Theory, nonlinear attenuation and traveling wave generation
声化学和其他空化应用中涉及的气泡惯性振荡。正确估计这种气泡介质中的波衰减需要实际估计由每个气泡的振荡、气体中的热扩散和液体中的粘性摩擦耗散的功率。这两个数量和数值计算的一个单一的惯性气泡驱动在20 kHz，并被发现是几个数量级大于线性预测。粘性耗散被认为是能量损失的气泡足够小的主要原因。然后，对描述气泡液体中声波传播的经典非线性Caflish方程进行了简化和改写。声场的主要谐波部分被发现满足非线性亥姆霍兹方程，其中波数平方的虚部与单个气泡损失的能量直接相关。对于低声学驱动，恢复线性理论，但是对于较大的驱动，即高于Blake阈值，发现衰减系数比线性预测大3个数量级以上。因此，在存在惯性气泡的区域中，预期波的巨大衰减，这通过一维驻波配置中的非线性亥姆霍兹方程的数值模拟来证实。不仅观察到预期的强衰减，而且，压力场及其梯度之间的相位的检查清楚地表明，介质中出现了行波。
2013-02-23 physics.flu-dyn
A simple model of ultrasound propagation in a cavitating liquid. Part II: Primary Bjerknes force and bubble structures
在另一篇论文中，提出了一个简化的惯性空化气泡云中声波传播模型。波的衰减直接从单个气泡所耗散的能量计算，后者直接从完全非线性径向动力学估计。在一维配置中使用该模型已经表明，振动发射器附近的衰减比从线性理论获得的预测高得多，并且该强衰减产生大的行波贡献，即使对于通常预期驻波的封闭域也是如此。在本文中，我们表明，由于行波的出现，在发射器附近的初级Bjerknes力变得非常大，并倾向于驱逐气泡的驻点。二维轴对称计算的声场所产生的一个大面积浸没超声波发生器也进行了，并在由此产生的Bjerknes力场的气泡的路径勾画。锥泡结构恢复和比较合理，以及报告的实验结果。产生这样的结构的基本机制进行检查，它被发现，圆锥形结构是通用的，结果从外观沿换能器区域的声速梯度。最后，一个更复杂系统，类似于超声波浴，其中的声场的薄板的弯曲振动的结果，也进行了模拟。计算出的气泡路径揭示了其他常见的结构，在这样的配置，如拖缆和耀斑结构的外观。
2013-02-23 physics.flu-dyn
Conditional moment methods for polydisperse cavitating flows
空化气泡的动力学在许多流动中是重要的，但是它们的小尺寸和高数量密度常常妨碍直接的数值模拟。我们提出了一个计算模型，平均其对流量的影响在更大的时空尺度。该模型是基于解决一个广义人口平衡方程（PBE）的非线性气泡动力学，并明确表示泡半径和径向速度的演变概率密度。条件正交矩量法（QBEM）适用于解决这个PBE。一个单向耦合的气泡动力学问题证明了不同的QBtons的不断发展的气泡统计的功效。结果表明，强制双曲矩反演（CHyQdash）提供了可比的模型形式的精度，传统的条件矩方法，并降低了约10倍的计算成本，为广泛的测试用例。基于CHyQMOM的计算模型在MFC中实现，MFC是一种开源的多相和高阶精度的流动求解器。我们评估的模型和它的参数对双向耦合气泡幕流问题的影响。
2021-12-28 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A quantitative comparison of phase-averaged models for bubbly, cavitating flows
我们比较了两种建模方法的计算性能的稀空泡在液体中的流动。第一种方法是一个确定性的模型，其中气泡表示在拉格朗日框架平流功能，每个采样从平衡气泡大小的分布。通过局部体积平均来模拟与液相的动态耦合。第二种方法是随机的，系综相位平均是用来获得混合平均方程和场方程的相关气泡属性是在欧拉参考系。对于多分散的混合物，平衡气泡半径的概率密度函数离散化和气泡的性能，解决了每个代表仓。在这两种情况下，通过求解Rayleigh-Plesset-like方程的气泡动力学强迫的本地或混合物平均压力，分别关闭的方程。一个声激励稀气泡筛被用作比较的案例研究。我们发现，可观的合奏和体积平均模拟匹配密切，他们的收敛是一阶网格细化。通过比较各种方法的计算成本，建立了相位平均模拟的指导原则。的主要成本被证明是与随机关闭;多分散系综平均需要许多样本的基础PDF和体积平均需要重复，随机模拟，以准确地代表一个均匀的泡沫人口。这些成本的空间分辨率和气泡空隙率的相对敏感性。
2023-02-22 physics.comp-ph physics.flu-dyn
The early stage of the interaction between a planar shock and a cylindrical droplet considering cavitation effects: theoretical analysis and numerical simulation
平面激波与液滴相互作用涉及到高瞬态非定常波结构的演化和诱导空化过程，在自然界和工业中广泛存在。本文采用理论分析和高分辨率数值模拟相结合的方法研究了这种相互作用的内在特性。采用多组分两相可压缩流模型，结合相变过程，模拟了空化过程中的波结构和空化行为的时空演化，包括空化的起始、增长和溃灭。将射线分析方法引入到相互作用中，用一系列射线的运动来表征波结构的演化，射线的发射角与无量纲波速，即透射激波速度与入射激波速度之比有关。在圆柱形液滴曲率的影响下，这些光线聚焦在液滴内部。本研究首次从理论上预测了由无量纲波速决定的聚焦位置，理论分析与数值计算结果吻合较好。由于第二反射波的上、下分支之间的性质的显著差异，观察到高瞬态压力区，并明确了其位置。数值结果表明，当入射冲击波强度足够大时，反射膨胀波的聚焦区可以被识别为液滴内部的空腔。增大入射冲击波强度，空化区扩大，产生更强的溃灭波。
2023-03-18 physics.flu-dyn
Numerical investigation of non-condensable gas effect on vapor bubble collapse
数值研究了汽泡内部不凝性气体对汽泡动力学特性、汽泡溃灭压力以及球形和非球形汽泡溃灭压力冲击的影响。气泡内的自由气体具有阻尼效应，可以削弱压力波并增强气泡的反弹。为了估计这种效果的数值，我们推导并验证了一个多组分模型的蒸汽气泡含有气体。对于空化液体和不凝气体，我们采用了一个均匀的混合物模型与耦合状态方程的所有组件。空化液体的空化模型是正压热力学平衡模型。考虑了各相的可压缩性，以捕捉气泡溃灭时的冲击波。在用能量分配模型验证了模型的有效性后，对不同间距的附壁气泡的溃灭进行了模拟。很好地捕捉到了不凝气体对发射冲击波的反弹和阻尼的影响。
2021-08-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Ventilated Cavitation around a sphere through surface air injection at Re = 10,000
IITK（印度理工学院坎普尔分校）
该研究通过DNS模拟Re=10000下球体通气空化，明确考虑表面张力，探究不同空气注入位置和流量系数对空化特性及阻力的影响，发现后部注入可实现最大46%的阻力降低。
2026-09-03 physics.flu-dyn
Wall Wettability Control of Cavitation Patterns and Stability
本研究通过大涡模拟结合动态接触角模型，系统揭示了壁面接触角从亲水到超疏水变化对Clark Y水翼在不同空化数下空化初生、形态演化与流动稳定性的调控规律，证明表面润湿性可作为优化空化行为的有效被动控制手段。
2025-07-20 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Regressing bubble cluster dynamics as a disordered many-body system
本研究结合理论与主成分分析，提出一种无监督学习方法从数据中提取气泡团簇的相干动力学特征，发现空化状态下相关性可由单一平均场相干模式描述，为空化与成核研究提供工具和指导。
2021-12-09 cond-mat.dis-nn physics.data-an physics.flu-dyn
