针对现有空化模型经验参数较多影响预测精度的问题,提出改进的空化模型。采用欧拉-拉格朗日方法模拟不凝性气体与空化气泡的融合过程,得到气泡数密度与液体体积分数的关系。结合气泡在液体中的力平衡状态和气体状态方程,得到气泡半径的表达式。基于简化的Rayleigh-Plesset方程建立空化模型,将不凝性气体摩尔浓度确定为唯一需要指定的参数。最后,将改进模型和ZGB模型应用于节流孔板和文丘里管,并与文献中的实验结果进行对比。结果表明改进的空化模型能准确地预测空化流,并且对于非定常空化流,可以捕捉到空化初生、发展、分离、脱落和溃灭的周期性过程。

为研究风沙耦合作用对高速列车运行状态的影响,基于流体动力学理论建立高速列车空气动力学模型。采用三维、定常、不可压雷诺时均Navier-Stokes方程和标准κ-ε两方程湍流控制模型,模拟计算列车在平地、路堤和桥梁上行驶时的气动特性。沙粒采用欧拉-拉格朗日方法进行离散化处理,气流为连续化处理,这种处理方式与风沙自然状态非常吻合。研究结果表明高速列车在有沙环境下的表面压力远大于无沙环境;列车头车受到的气动阻力最大,且沙粒对头车阻力的影响极为显著,较无沙环境头车阻力增加了(10~12)%;头车受到的倾覆力矩最大,尾车受到的倾覆力矩最小,方向与头车的受力相反;桥梁路况最大正压区相对较大,且列车两侧压力差最大,桥梁迎风侧凹槽处产生漩涡,背风侧产生双回流现象,致使气动性能最差。