近自由面通气空泡诱导的飞溅水层闭合行为数值模拟

当空泡与自由面距离较远时，两者不会发生界面的直接相互作用，表现为以界面间液态水为间接媒介的弱耦合作用。当空泡靠近自由面时，两者界面发生直接相互作用，表现为空泡通气、自由面飞溅以及水层闭合行为的强耦合作用。本文通过数值模拟分析了强耦合作用下飞溅水层闭合行为。基于开源的OpenFOAM平台的多相可压缩求解器，采用有限体积法直接求解Navier-Stokes方程，并使用流体体积法来捕捉气液界面。结果表明，外部气体进入空泡的时间随着无量纲距离γ和环境压力的增加而减少，飞溅水层闭合高度随无量纲距离γ的增加而增加，随着环境压力的增加而减少。通过对飞溅水层受力分析，获得了近自由面空泡诱导的飞溅水层闭合机制，主要是由水层两侧的压差力驱动，而且，水层闭合时间与环境压力满足-0.92幂次律关系。