Numerical Study of Cavitating Flow Over a Hydrofoil

En raison de la complexité du champ d'écoulement cavitant et des fluctuations soudaines de pression autour des aubes des machines hydrauliques, la modélisation de la cavitation est un problème très difficile, et comme elle a de nombreux effets néfastes dans de nombreuses industries telles que l'industrie hydraulique, cela a été un sujet de recherche très actif au cours des dernières décennies. Étant donné que les variations de turbulence près d'un profil hydraulique peuvent entraîner une sous-estimation dans la prédiction de la pression locale, des pressions inférieures à la pression de saturation peuvent être prédites. Par conséquent, le choix du bon modèle de turbulence qui modélise la viscosité de manière appropriée est d'une grande importance. La recherche actuelle est effectuée à l'aide du solveur commercial ANSYS-Fluent 16.1 et elle est consacrée à la modélisation des écoulements cavitants à différents nombres de Thoma (σ) autour d'un profil NACA66. À cet égard, dans le chapitre 3, le modèle de cavitation Zwart-Gerber-Belamri couplé à l'approche de modélisation multiphase mixte ainsi que le modèle de turbulence standard k−ε (SKE) est appliqué, et la précision des prédictions numériques effectuées est étudiée. Ensuite, l'effet de certains autres paramètres sur la simulation en régime permanent tels que la densité du maillage, les critères de convergence, divers modèles de turbulence, à savoir la turbulence SKE et SST k - ω, et la taille du pas de temps est étudié, et les résultats obtenus sont comparés avec des résultats expérimentaux. L'objectif de cette recherche est de développer une configuration numérique pour laquelle certaines caractéristiques qualitatives et quantitatives de l'écoulement du fluide cavitant telles que la mesure du coefficient de pression (Cp), les fluctuations de pression soudaines et leurs fréquences, l'initiation de la cavitation, la croissance et son effondrement sur le profil NACA66 sont prédits. En accord avec les résultats expérimentaux et sur la base des prédictions de Cp autour du profil, la cavitation à σ = 1.25 était instable, et la cavitation associée à un écoulement cavitant avec σ = 1.41, 1.34 et 1.30 est rapportée comme stable et les longueurs de cavitation ont été prédites avec une précision décente variant de 5% à 14% d'erreur. De plus, les caractéristiques instables de la cavitation autour du profil NACA66 connue comme de la cavitation en nuages sont étudiées dans la recherche actuelle. Dans le chapitre 4, en effectuant des simulations transitoires, les prédictions de fréquences associées aux fluctuations soudaines de pression dans les écoulements cavitants à différents nombres de cavitation, à savoir σ = 1.41,1.34, et 1.30, sont également démontrées en bon accord avec les résultats expérimentaux avec seulement 3,5%, 6,3 % et 10,0 % d'erreur, respectivement. Il convient de noter qu'un maillage généré à partir de près d'un million de nœuds ainsi que la taille de pas de temps la plus fine possible, soit 0,00002 (s), est utilisé pour exécuter les simulations, et le modèle de turbulence SKE et la cavitation Kubota sont utilisés pour les calculs numériques. De plus, en accord avec les résultats expérimentaux, les résultats CFD ont confirmé que la fréquence mentionnée diminue à mesure que la longueur de cavitation augmente.