对流场中空化现象进行数值模拟时,需要捕捉空泡生成发展到溃灭的过程以及该过程在流场中发生的位置。以阻尼孔淹没水射流为研究对象进行数值模拟时,考虑到水和水蒸气相变过程中两相具有压缩性,选择使用多相流混合模型并加入带有压缩性的正压方程进行描述。湍流模型选择kOmegaSST模型,对近壁面逆压梯度预测更准确,便于捕捉附着型空化现象。方程求解方法采用PIMPLE算法,在求解过程中每一个时间步内的变量根据情况采用不同的离散方法以达到稳定求解。数值模拟结果表明该方法可以捕捉到喉管处由于速度突变引起压力变化产生的附着空化,同时可以很好捕捉到喷嘴处与下游空泡的产生发展和溃灭过程。

锥阀作为调压阀在工作过程中受到外部激励作用不可避免的会发生轴向振荡,诱导流场中出现空化现象,空化初生、发展及溃灭与阀芯振荡耦合在一起,导致整个液压系统的压力发生大幅波动。针对这一问题,基于OpenFOAM开源平台二次开发出具有动态重叠网格功能的两相空化流求解器,对阀芯振荡诱导空化现象进行数值模拟,结合实验与数值计算结果得出:阀芯振荡关阀阶段阀腔中油液受到惯性作用向出口流动,产生大范围低压区,在低压影响下促使气核剧烈膨胀,在阀腔下游产生二次空化;阀芯振荡开阀阶段阀口处压力梯度大,压差驱动油液高速通过阀口产生射流,导致阀口处形成射流空化,这将为高性能液压阀的设计提供理论依据。

在锥阀启闭过程中,阀口处流道形状较为复杂,这会促使阀口处产生空化,从而对液压系统的稳定性和可靠性产生不利影响。通过OpenFOAM 3个分支版本的foam-extend-4.1开发出应用浸没边界法的两相空化流动求解器,使用该求解器在阀芯启闭过程及阀口空化的数值模拟研究中尝试应用浸没边界法且得到了较好的计算效果。研究表明,开阀时的空化是因为阀口处高速射流所导致的射流空化,关阀时的空化是由于液压油惯性导致的二次空化。

受电弓作为高速列车主要噪声源之一,是一个包含许多部件的复杂结构。为研究受电弓气动噪声的主要噪声源以及远场气动噪声特性,基于计算流体力学开源软件OpenFOAM,采用大涡模拟结合K-FWH方程的联合方法,探究受电弓在250、300、350 km/h等不同速度下运行时的流场及气动噪声特性。通过模拟受电弓在不同速度以及不同开口状态下的运动,得到受电弓的频谱特性以及噪声源分布规律。结果表明,高速列车受电弓引发的远场气动噪声主要是低频和中频噪声,并且噪声频谱具有明显的主频。而远场噪声指向性方面,受电弓产生气动噪声具有偶极子特性,噪声主要向尾流斜上方传播。受电弓不同开口方向,所诱发的噪声声压级并不相同,闭口状态诱发的声压级更大。研究结果能为日后降低高速列车受电弓气动噪声的研究以及工程降噪问题提供理论参考。

针对翼型后缘连续变弯度运动中后缘边界精确数值模拟的问题,提出了基于二维多项式的时空曲面拟合方法,实现了对后缘边界时空位置的精确模拟。在此基础上,基于OpenFOAM发展了翼型后缘连续变弯度与大幅度俯仰运动耦合的运动边界数值模拟,并计算了翼型耦合运动的气动力,讨论了后缘线性/非线性变形对翼型大迎角动态气动特性的影响规律。结果表明后缘运动对翼型俯仰运动的升阻特性影响显著,特别在翼型大幅度俯仰时后缘非线性变形对升阻特性改善效果比线性变形大6%~10%。同时还研究了翼型俯仰与后缘变形运动相位差对气动特性的影响。特别地,当相位差为180°时,后缘运动使动态失速时的最大升力提高50.3%,平均升力提高34.6%;当2种运动相位差为0°时,后缘运动使动态失速时的最大阻力降低39.7%,平均阻力降低30.2%,最大升阻比提高22.3%,平均升阻比提高16...

对NREL 5 MW参考风机进行实尺度建模及网格划分，采用OpenFOAM平台的瞬态不可压缩湍流求解器pimpleDyMFoam，结合旋转动网格处理方法，对风机的气动力性能及其周围三维流场进行非定常数值模拟。通过对风机所在流场尾涡分布、推力系数、风能利用系数、翼型极限流线、压强系数分布以及来流方向截面的流场分布等方面的对照分析，探讨细网格划分下风机的气动力性能及风轮对其周围流场的影响，为以后的风机叶片设计、风电场布局优化等提出意见和建议。

针对不同工况的高压喷射流,利用VOF算法基于OpenFOAM开源平台开展流场模拟研究。模拟结果显示,当压差为10 MPa时,液核结构始终保持光滑的圆柱状轮廓,未发生雾化现象,靶件表面的压力分布及总打击力总体较为平稳;压差为30,50 MPa的工况均存在明显的一次雾化现象,液核表面形成坑洼不平的形貌特征,并产生众多小液滴散布于液核四周,喷雾锥角分别为1.2°和1.6°,广泛存在的压力波证实喷射流存在跨音速流动现象,在喷口出口处产生数量巨大的漩涡结构,靶件表面的压力分布变化剧烈,产生瞬时压力峰值,分别高达32.5,54.5 MPa,总打击力具有较大的波动趋势,其标准差为0.136和0.517。研究表明,雾化现象导致靶件表面的压力分布剧烈波动,诱发瞬时压力峰值并使总打击力剧烈波动,从而能够提升高压清洗效果。

基于OpenFOAM及动网格技术针对液压锥阀在作为调压阀工作时,由于阀芯表面受到液体冲击的作用,阀芯极易出现振荡现象,同时由于振荡导致的压力波动造成阀口空化的现象进行分析,并对于该类阀口结构如其他球阀,V型槽滑阀等在OpenFOAM中的动网格技术提出一种较为通用的网格规划以及网格扩散方式,解决在OpenFOAM中较难实现的细小狭缝平动问题。在此基础上通过阀芯的振荡幅值以及振荡周期对阀口空化的影响进行模拟分析。研究表明,对于锥阀这类附着在阀体固定壁面处的空化类型,且空化较为微弱时,阀芯的振荡对于阀口处的空化影响主要是间接的影响,其实质主要是阀口处有效过流面积改变导致的压力改变带来的影响,阀芯的振荡因素对空化的直接影响受到一定程度的削弱。

离心式叶轮机械的叶轮通道内的流体流动受到旋转效应与曲率影响而产生强烈的二次流现象。二次流是叶轮通道内流动损失的一个原因,对离心叶轮机械的性能产生不利的影响。应用开源CFD软件OpenFOAM对旋转情况下的90°弯曲通道内的不可压缩流体流场进行三维黏性数值模拟。研究了弯曲通道在不同转速下哥氏力与离心力共同作用对主流速度、二次流及压力特性的影响规律。结果表明：与静止通道相比,旋转产生的哥氏力在弯曲管段形成不对称的二次流,使通道内涡结构变得复杂;甚至在较高转速下二次流方向发生反向。