项目名称：云空化内部微泡群流动结构及演化规律研究
主要完成人：彭晓星、徐良浩、曹彦涛、张国平、刘登成、郑巢生、陆林章、赵文峰
完成单位：中国船舶重工集团公司第七○二研究所
项目及成果简介：
长期以来空化流及空化机理的研究，吸引着大批的研究机构和研究人员，在空化理论和空化模拟方面取得很大的进展，但对不同空化类型的认识程度仍然存在很大的差异。其中云空化机理的研究还很不足，基本处在起步阶段，且主要工作集中在云空化形成机理方面，对云空化内部结构知之甚少。本项目的研究目的就是利用高速摄像和PIV等现代流场测试、空化观测手段，结合理论分析与快速发展的CFD技术，探索和研究云空化内部微泡群的流动结构及演化过程，从而为建立起云空化演化及其溃灭的分析模型，预报空蚀风险率提供基础和手段。
项目采用先进的试验测量手段和大量的试验观察和测量，并辅以数值模拟，揭示了大尺度云空化的发生和发展机理，特别是获得了对云空化演化过程中U型涡流动特征的新认识，对舰船螺旋桨和其他水力机械中云空化的控制具有明确的指导意义。主要技术特点及指标包括：
1) 建立了基于大涡模拟和质量输运空化模型的空化流动数值分析方法，得到的空泡形态与试验结果一致。
2) 建立了基于多方位高速摄像的云空化观测技术，国际上首次捕获了云空化的U型涡结构图像。
3) 首次采用自行开发的激光干涉成像测核技术，成功用于云空化内微泡的数目和尺寸的测量，证实了云空化由微气泡组成（图2）。
4) 揭示了从片空化失稳后形成云空化的演化过程，发现了云空化演化过程中出现U型涡结构的规律。
5）发表论文20余篇，其中SCI收录6篇，EI收录4篇。
项目成果对大尺度云空化的产生机理做了更深入的阐释，加深了对云空化产生机理的认识。同时对云空化的演化机制给出了清晰的解释，并通过试验结果和数值模拟结果详细分析了云空化演化的结构及成因，为云空化的控制利用奠定了理论基础。此外，本研究在测试技术方面，尝试了高速摄影多方位同步观察云空化演化过程，并利用自主研发的激光干涉成像测核技术测量云空化内部气核分布，为云空化的研究提供了有力的技术手段。
项目成果已在清华大学水力机械研究所相关项目中获得应用。在理论方面，对云空化物理建模及空蚀、噪声预报等具有广阔的应用前景。在应用领域，可对发生在水泵、水轮机等水力机械中由云空化引起的空蚀进行有效抑制，从而产生巨大的经济效益。对舰船螺旋桨而言，云空化不仅是空蚀源，也是振动和噪声源，本研究成果关于云空化演化规律的认识将为改善舰船声隐身性能提供技术基础，对提高我国海军的战斗力具有重要的应用前景。