空化是水利水电、船舶海洋、水中兵器等工程中的一种常见水动力学现象，往往伴随着性能下降、振动增强、空蚀破坏等不利影响，严重影响水力机械及水工建筑物的安全、高效运行，一直是水动力学领域关注的重点和难点课题之一。然而，空化作为一种宏观空穴演变与微观气泡行为相互耦合的多尺度复杂非定常流动，对空化流动的数值模拟方法提出了巨大的挑战。

为此，季斌教授课题组在开源OpenFOAM平台上，提出并构建了一套基于欧拉-拉格朗日方法的多尺度空化流动精细模拟程序。对绕水翼的外部空化流动和工业喷管内部的空化流动进行数值模拟研究。分析了非定常空化流动的多尺度结构特征，揭示了宏观空化流动对微观气泡团的影响规律，进一步基于流场中近壁面气泡信息，提出了一种考虑气泡非对称坍塌效应的空蚀预报方法，阐明了空蚀破坏的微观机理。该研究成果为深入研究空化不稳定性机制提供了一种可靠方法。该研究成果分别以“Euler-Lagrange study of cavitating turbulent flow around a hydrofoil”和“Numerical prediction of cavitation erosion risk in an axisymmetric nozzle using a multi-scale approach” 为题，发表在国际流体力学顶级期刊《Physics of Fluids》上，课题组博士生王紫阳为论文第一作者，通讯作者为季斌教授，合作者包括武汉大学程怀玉博士后，其中论文“Numerical prediction of cavitation erosion risk in an axisymmetric nozzle using a multi-scale approach”被主编选为当期的Featured Article文章，并在Physics of Fluids主页重点展示。该研究工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金等的项目资助。

基于多尺度方法的非定常空化流动模拟结果

论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0070312、https://doi.org/10.1063/5.0095833