軸流泵葉頂泄漏渦形成演化機理與渦空化分析

張 虎 左逢源 張德勝 施衛東

(1.江蘇大學流體機械工程技術研究中心， 鎮江 212013； 2.無錫職業技術學院機械技術學院， 無錫 214121；3.南通大學機械工程學院， 南通 226019)

0 引言

在軸流式流體機械中，為了避免動葉葉頂與端壁干涉，兩者之間需存有尺度較小的間隙。間隙處流體在葉片壓差作用下形成葉頂間隙泄漏流，并伴有渦旋的產生。如滿足空化條件時，則形成葉頂泄漏渦空化，容易造成水力機械性能變化、誘導振動和噪聲等現象[1-2]。研究和掌握葉頂泄漏流及其渦結構的形成機理，可為葉輪設計優化和減振降噪提供依據。

大量學者對葉頂泄漏渦形成機理與幾何影響進行了研究[3-8]。文獻[9-10]以NACA0009水翼為研究對象，對不同間隙幾何繞水翼間隙流動進行了實驗，發現間隙尺寸與葉頂泄漏渦(Tip leakage vortex, TLV)有很強的相關性，影響渦核軌跡及其強度，存在特定的間隙寬度使渦強度最大。文獻[11-12]對直列葉柵葉頂間隙流動進行了分析研究，認為間隙射流產生的速度梯度是形成泄漏渦量和湍流動能及雷諾應力的原因。文獻[13-14]分析了不同流量下軸流泵泄漏渦演變軌跡，發現大流量下弦長起點向后延遲，并且軌跡與弦長夾角變小，同時在低空化數下還發現了垂直空化渦結構。文獻[15-16]對混流泵TLV振蕩特征頻率進行了分析，發現轉速與分離角、振蕩頻率呈正相關。文獻[17]對推進泵不同葉頂間隙水動力特性進行研究，發現間隙不改變推力和扭矩振蕩頻率，但會影響振幅。目前，對TLV的研究大多集中在渦成形以后引起的物理效應，比如振蕩頻率、渦與空化相互作用演化、渦動力特性等。而關于評估渦強度與空化之間的關系以及探究渦結構初生發展過程的研究還較少。

本文通過實驗和數值計算對比分析0.5 mm和1.5 mm兩種葉頂間隙的葉頂泄漏流及其流場特性，以探究TLV渦結構和渦初生物理量演變規律；分析TLV在不同弦長位置截面的物理量分布，以得出TLV的形成機理；通過不同空化數下的渦強度與空化位置關系，分析評估特定工況下的空化程度。

1 數值計算方法與軸流泵裝置

1.1 數值計算方法

剪切應力輸運-曲率修正 (Shear stress transport-curvature correction, SST-CC)湍流模型[18-19]是在SSTk-ω模型基礎上，通過改變湍動能生成項Pk的修正系數，使其對流線曲率及旋轉運動敏感，從而解決渦粘模型對流線曲率和系統旋轉不敏感性的問題。文獻[20]指出在兩方程模型計算流體機械時可優先選用SSTk-ω模型，特別在軸流式水力計算時，計算精度較高[21]。

Zwart空化模型是在Rayleigh-Plesset方程的基礎上進行推導得出的，被廣泛用于水力機械空化數值計算中。本文計算采用上述湍流模型和空化模型，計算公式可參照文獻[22-25]。

1.2 泵裝置計算域與邊界條件

采用南水北調工程中的TJ04-ZL-02號軸流泵為模型泵，葉輪直徑為200 mm、葉輪葉片數Zi為3，葉片弦長c=112 mm，最大厚度為5.9 mm，導葉葉片數Zd為7，額定轉速n為1 450 r/min，設計流量Qopt為365 m3/h。葉片葉頂為平直葉頂(Plain tip，PT)，間隙τ分別為0.5 mm和1.5 mm，兩種葉頂間隙幾何方案分別命名為0.5PT和1.5PT，以便于說明。

圖1是軸流泵計算域與網格示意圖。網格劃分時在葉輪區域采用J型拓撲結構，同時用O型拓撲控制葉片近壁面的邊界層分布，在葉輪間隙區、管壁、葉輪葉頂區等關注區域進行了網格加密處理。0.5PT和1.5PT在間隙內分別布置30層和50層網格數，總網格數分別為925萬和995萬。邊界條件與實驗一致，采用總壓進口、流量出口，采用無滑移壁面條件。動靜部件之間交界面為瞬態轉子-靜子模型，求解采用有限元的有限體積法對方程組進行離散，對流項采用高分辨率格式，葉輪轉速設為1 450 r/min，設葉輪完成一轉用時為T，計算步長設為T/360，約1.149 4×10-4s，收斂精度為1×10-5。

圖2定義了葉片弦長系數位置和周向渦量，弦長系數為λ，其中葉輪前緣λ=0，尾緣λ=1，定義弦長方向為前緣至尾緣的方向。主流方向是軸流泵工作時，流體由泵進口至出口時，經葉輪處的主要流動方向，與軸向平行。周向為對應回轉圓周的切向。周向渦量ωc的方向與xoz面平行，垂直于葉輪圓周徑向，如圖2b所示，周向渦量計算公式為

ωc=ωzsinθ-ωxcosθ

(1)

式中ωx、ωz——x、z方向上的渦量

1.3 實驗裝置與模擬驗證

圖3為軸流泵外特性測試與空化實驗裝置。軸流泵實驗段葉輪與導葉處采用透明玻璃罩殼，通過高速相機記錄葉頂區空化形態信息，以便于實驗驗證與分析。

(1)表1為軸流泵揚程點驗證表(誤差為模擬值與實驗值之差與實驗值百分比)，其中軸流泵流量設為Qa，通過水泵外特性實驗和瞬態數值計算，驗證上述網格和湍流模型的適用性。

表1 軸流泵揚程點驗證Tab.1 Validation of axial flow pump head

與實驗揚程相比，模擬揚程基本趨勢一致，誤差低于5%。

(2)進行空化實驗驗證時，定義空化數為

(2)

式中pin——進口絕對壓力,Pa

pv——飽和蒸汽壓力,取3 169 Pa

ρ——水的密度,kg/m3

utip——間隙葉頂端壁處速度,取15.18 m/s

計算得σ=0.71。在Qopt標準工況下，對兩方案軸流泵進行瞬態計算。獲得的空化體積分數αv=10%等值面圖與相同工況條件下的軸流泵實驗流動圖像對比，如圖4所示，數值計算結果與實驗較為接近。后文除說明外，均以此空化數瞬態算例進行說明。

2 軸流泵葉頂間隙流及其渦系拓撲

2.1 葉片表面壓力系數分布

葉片壓力面與吸力面之間存在壓差，是形成間隙泄漏流和葉頂泄漏渦(TLV)的原因。定義壓力系數Cp為

(3)

其中p為壓力。圖5是沿葉片壓力面和吸力面徑向取多組點后取平均值，得到的壓力系數分布曲線?？梢园l現2組葉片幾何方案下的壓力分布基本一致，說明間隙對壓力系數差值影響較小。壓力系數差值在葉片前緣處最大，沿弦長方向至尾緣處逐漸降低，在尾緣處差值為零。

2.2 間隙流及其渦系拓撲

圖6是間隙泄漏流形態及其渦分布圖，通過空間流線速度云圖結合Q準則等值面繪制(Q=2.5×106s-2)。間隙流動從前緣出發由壓力面經間隙流至吸力面一側，在吸力面上方形成了顯著的TLV渦結構。

對比1.5PT、0.5PT方案，可知：

(1)從空間流線上看，在吸力面上方明顯看到TLV螺旋結構，在葉片前緣葉頂處泄漏速度最大,沿弦線方向逐漸減小。射流從間隙出口處，以較高的泄漏速度進入吸力面，在吸力面上方形成射流剪切層，并逐漸形成泄漏渦旋，泄漏射流沿泄漏方向速度逐漸減小。對比來看，1.5PT中部泄漏速度高于0.5PT，這是由于大間隙下的泄漏量較大，泄漏減速較慢。

(2)從Q準則渦結構來看，等值面圖與螺旋結構流線重合。對比來看，1.5PT等值面延伸得更遠，說明大間隙下泄漏渦旋強度更高，穩定性更強，這與流線速度正相關。此外，1.5PT下的Q準則等值面基本覆蓋了葉頂端面，說明大間隙下更容易生成葉頂分離渦(Tip separation vortex, TSV)。

2.3 間隙渦系二維流線結構

圖7是二維平面流線和渦量云圖，各平面的法向為對應面的周向，圖中黑色點為TLV渦核中心。

由圖7可知，高渦量主要分布在葉頂端面和間隙出口處，這是由于這些位置的間隙流和泄漏流流速較快，易形成剪切層，因而渦量較大。形成的TSV和近間隙出口處的射流剪切渦旋(舉例：圖中λ=0.5所指位置)，隨著泄漏流軸向向上并減速后，逐漸在軸向某一位置處停留、匯聚形成穩定的TLV渦結構。

沿弦線方向觀察平面渦量分布可知，前緣生成的TLV逐漸向尾緣方向傳輸，以葉片中部平面為例，這一位置的TLV伴隨著來自弦長方向前部渦的傳輸、累加和同一平面泄漏渦的軸向匯聚，渦占面積逐漸增大，渦量隨渦占面積增大，但平均渦量減小。這一過程伴隨著渦量的傳播和擴散。

對比來看，1.5PT的渦影響范圍較大，Q等值面渦旋結構延伸得更遠。

2.4 葉頂泄漏渦渦核軌跡分布

圖8是依據圖7繪制成的TLV渦核軌跡圖。渦核軸向高度沿弦長方向逐漸下降，但下降趨勢不同，分析如下：

(1)λ為0～0.5，由于葉片壓力面與吸力面的壓差較大，下降較為緩慢。

(2)λ為0.5～1，壓差減小，這一區域壓差形成的泄漏流和軸向來流不足以維持TLV渦核這一高度，由于1.5PT泄漏流量更大，所以較0.5PT下降得更快。

(3)λ為1～2，雖有主流推動作用，但渦核高度并沒有快速降低，這是由于葉輪下一個葉片一定程度上擋住了主流，如圖6所示，渦核軌跡下降放緩。

3 TLV渦結構初生與演化

軸流泵啟動時，葉頂泄漏流及渦旋結構初生，此時渦旋空化還未產生。對軸流泵數值模型進行無空化瞬態數值計算，捕捉渦結構初生形態，以分析TLV渦結構演變規律。軸流泵完成一個旋轉周期為T。圖9是1.5PT軸流泵λ=0.5截面葉頂泄漏流及渦帶分布示意圖。圖中近端壁側區域定義為泄漏射流帶；在其下方受射流和軸向主流相互作用形成的剪切渦旋區，定義為泄漏剪切帶。剪切帶形成的渦旋隨泄漏流輸運至TLV核心區。本節在葉片λ=0.5截面研究間隙出口處流線、吸力面渦量和湍動能分布，分析渦旋初生物理量演化和渦形成機理。

3.1 TLV渦結構初生速度與流線演化

在葉片λ=0.5截面上，在間隙出口邊0.5、1.5 mm兩個間隙寬度線段上等間距取10個采樣點，以采樣點為起點作平面速度vp流線云圖，將各時刻云圖投影至圖9坐標平面上。vp計算公式為

(4)

式中vy、vz——y、z方向上的速度

得到圖10在吸力面上的流線結構與平面速度演化圖，圖中十字心為渦旋中心，分析可得：

(1)從速度上看，小間隙下在0～T/120很快形

成較高泄漏速度，但在T/36～1.25T泄漏流逐漸減速，并維持在較低的速度附近；而在1.5PT中，泄漏流流速呈逐漸加速后穩定的趨勢；對比來看，穩定后大間隙的泄漏速度較小間隙下大。

(2)從流線結構上，間隙流進入吸力面后，很快形成回流逐漸形成渦旋流線結構，渦旋中心位置逐漸抬高，最后渦結構逐漸穩定。對比來看1.5PT泄漏流流線穩定，渦旋區較大，而0.5PT泄漏流流線由于速度較小，從間隙出口至泄漏高度較低處，大部分射流在軸流泵主流動壓作用下，沿途逐級減速至回流，流線在泄漏剪切帶呈竹節狀，如圖中箭頭所示。僅有少部分間隙射流能夠達到較高位置處，與上游來流TLV合并集聚。

3.2 TLV渦結構初生渦量演化

圖11為渦初生周向渦量演化對比圖，間隙射流通過間隙進入吸力面一側后，泄漏射流與吸力面側軸向主流流體形成對流，有較大的速度梯度、在泄漏剪切帶快速形成剪切渦量區，并逐漸隨著泄漏流發展沿軸向遷移演變，渦量區逐漸增大，最終在間隙出口邊和泄漏渦中心處出現兩處渦量較大的區域。其中，渦心位置處的渦量較大，渦量最大值出現在間隙出口處的泄漏剪切帶，這一位置的渦量較為集中。從渦量輸運軌跡上可以明顯看到渦量沿著間隙出口邊向上遷移、擴散，在軸向主流的作用下回流形成典型的TLV渦結構。對比來看，1.5PT在TLV核心區渦尺度和渦量較0.5PT大，兩者在剪切帶數值上相差不大。

此外，沿邊壁出現負渦量區，并且隨著時間逐漸演變增大，在T/12脫離壁面逐漸被泄漏渦卷吸發展外擴，發展成尺度較小的負渦量區。負向渦量的產生是由于間隙出口左側射流經過間隙后，在壁面附近誘導產生負向渦量，但由于受壁面抑制(不夠開闊)，很難形成尺度較大的渦旋。對比來看，0.5PT由于間隙較小、流速快，在0～T/120渦已經形成了負渦量區，而后逐漸減弱，而1.5PT則在T/36以后才逐漸形成，而后負渦量區逐漸發展，并被TLV渦核區卷吸至外圍，這一分布較為特別，有可能是圖8中1.5PT渦核軌跡在弦長中部降低較快的原因之一。

3.3 TLV渦結構初生湍動能演化

圖12為渦初生湍動能演化對比圖。0～T/36湍動能生成較小且較為緩慢，隨著泄漏流的發展演變，湍動能在間隙進口處的湍動能逐漸強烈并快速增長，最后逐漸保持穩定。湍動能是速度脈動的表征，反映了湍流演化程度，說明在間隙進口處剪切較為強烈。結合流線、渦量演變圖可知，渦量與湍動能在泄漏剪切帶上數值均較大，而在渦心位置附近渦量較大，而湍動能卻較小。這是由于渦心附近流速較為一致，剪切較小，湍動能較小。對比來看，1.5PT湍動能整體較0.5PT大，特別是在泄漏剪切帶區。

4 間隙流及其渦結構物理量演化

為進一步分析TLV演化過程，分別取圖7弦長系數為0.3和0.5位置的截面，在平面上作軸向速度、渦量、湍動能等瞬態時均物理量分布云圖。

4.1 間隙流軸向速度分布與流線

圖13為不同弦長位置處的軸向速度vy云圖，其方向用矢量速度線表示。分析可知：

(1)從流線上看，吸力面側vy=0附近形成了明顯低速帶，分布在泄漏剪切帶內，這是由于泄漏流從間隙出口邊進入吸力面側，形成TLV渦結構，小渦中心處的軸向速度較??；兩種間隙對比來看，1.5PT由于間隙寬度較大，形成了尺度較大渦旋結構，而0.5PT則尺度較小。處于下游平面的泄漏渦運動至距離吸力面更遠位置，主要是由于葉片攻角的存在，TLV核心區與吸力面距離增大所致。TLV核心區渦旋由來流渦旋輸運與所在截面剪切渦累加而成，由于流動連續性保持其軸向高度基本一致。

(2)從速度分布上看，在泄漏射流帶軸向速度較大，同時由于軸流泵軸向主流疊加渦旋回流，導致在吸力面下方形成較大范圍的高速區。在兩個區域之間的泄漏剪切帶，軸向速度較低，分布著不同尺度的泄漏渦旋，最終匯聚成尺度較大TLV渦旋。這一區域位于兩個速度相反的高速區之間，有利于渦旋的形成。對比λ=0.3和λ=0.5兩截面泄漏射流帶速度可知，其泄漏速度已沿周向減小。

間隙出口邊為泄漏射流帶與剪切帶的起始段。為比較間隙出口邊處軸向速度差異，沿弦長方向取不同截面，在截面上的間隙出口邊按4∶1取線段，分別定義為up和down，取2線段的軸向速度平均值，繪制成間隙出口邊軸向速度分布曲線，如圖14所示。軸向速度沿弦長方向逐漸降低，這與壓力系數分布一致，是葉片壓差形成的泄漏流在速度上的反映。up線段vy速度較大，1.5PT整體略大于0.5PT，而在down線段1.5PT速度vy下降較快，主要由于TLV尺度較大，對間隙出口邊速度影響較大，而0.5PT下降較為緩慢。從兩線段差值上看，1.5PT較0.5PT大，因而速度梯度較大，有利于剪切渦旋的產生和發展。

4.2 周向渦量與速度矢量

圖15為不同弦長位置處的周向渦量ωc云圖，可知：

(1)從渦量分布上看，渦量集中在葉頂、泄漏剪切帶和TLV中心區，在近端壁位置處出現誘導渦，有較高的負向渦量。λ=0.3截面較λ=0.5截面在TLV中心區渦量大，這是由于壓差沿弦線減小，且λ=0.5截面渦量分布面積較大，沿弦長方向傳播擴散，渦量不夠集中。

(2)對比來看，1.5PT形成的渦量和尺度較0.5PT大。1.5PT在泄漏射流帶渦量較小，剪切帶渦量較大，有明顯的渦量分層。而0.5PT由于間隙較小，兩個區域渦量均較大。1.5PT負渦量的誘導渦尺度較0.5PT大，同時出現明顯的卷吸至TLV核心區，脫離壁面的現象。

TLV由泄漏流經間隙處至吸力面內，發生射流剪切形成渦旋并逐級聚集形成TLV核心區。任一平面上TLV核心區渦旋來源有2個：由所在平面泄漏射流剪切形成渦旋TLV1，經泄漏剪切帶輸運形成；由上游TLV2隨周向來流傳遞輸運形成，這一過程，伴隨著渦的生成和擴散。

4.3 湍動能與速度矢量

圖16為不同弦長位置處的湍動能云圖，湍動能集中在間隙葉頂、泄漏剪切帶，而在TLV核心區渦量并不大。這主要是由于葉頂和泄漏剪切帶有較強的流動剪切，速度脈動大，TLV1在這些位置處產生。對比來看，1.5PT湍動能較0.5PT大很多。

5 TLV渦空化形態與渦強度分布

5.1 間隙寬度對葉頂區空化形態的影響

降低總壓進口使空化數σ=0.37，保持其他條件設置不變，計算得到2種間隙寬度下的葉頂區空化形態，如圖17所示。

分析可知：

(1)通過空化等值面圖(αv=10%)與實驗圖像對比，模擬結果與實驗基本一致，吸力面右側的螺旋流線渦結構與空化基本重合。小空化數下，TLV渦空化較為強烈，已從前緣局部空化，發展演變成片狀空化。0.5PT的空化強度與范圍小于1.5PT。從間隙寬度對比來看，1.5PT泄漏流速在前緣較大，至弦長中部處泄漏速度仍保持較高水平，速度保持性好，而0.5PT雖在前緣速度較大，但泄漏速度很快沿弦長方向降低。間隙寬度是葉頂區泄漏渦空化重要的影響因素，在保證機械旋轉不干涉情況下，盡可能地降低間隙寬度有利于抑制葉頂泄漏渦空化。

(2)實驗時發現：軸流泵工作穩定后，兩個空化數下的葉頂區空化形態和覆蓋范圍基本保持穩定，渦空化在標準流量工況下，有一定的穩態特性，這一特性有利于軸流泵穩定工作。而局部不穩定位置出現在空化帶尾部，由于泄漏速度的降低，不足以補充空化所需要動能，空泡逐漸耗散破裂，在小空化數更為明顯，空化耗散區較大。

(3)當局部壓力降低到空化條件時，空化形成。將軸流泵葉輪在半徑為95 mm位置處沿周向展開，得到時均壓力云圖，如圖17c所示。圖中深藍色低壓區與空化在葉頂區分布基本一致。小空化數下，由于吸力面整體壓力較低，在TLV作用下，由于渦旋中心低壓達到飽和蒸汽壓，很快形成了空化，并演化發展形成片狀空化。

以葉片弦線作一平行線與空化壓力云圖等值線相切(忽略局部尖角)，與軸向水平線相交，其交點與葉片前緣頂點的連線與弦線的夾角為α。這一夾角越大，則空化越劇烈，可作為葉頂泄漏渦空化強度的度量。通過這一角度的大小，可以表征同一流量下的空化程度。

為進一步對比兩種空化數下的渦量與空化相互關系，取λ=0.5截面作空化體積分數αv云圖并附加速度矢量，如圖18所示。圖中在平面上做ωc=2 500 s-1周向渦量等值線(圖中白色線)，以此渦量為臨界值，區域內設為TLV主要渦量區M。這一區域基本覆蓋了泄漏剪切帶與TLV核心區。圖中空化數σ=0.71下，1.5PT僅TLV核心區空化，0.5PT渦中心區未空化，這是由于渦量較低，不足以空化。當σ=0.37時，空化大范圍在吸力面處產生，除M區以外，空化也已覆蓋，說明一旦形成TLV渦空化，在小空化數下，極易導致空化外擴、發展，形成片狀空化。對比來看，當空化數較大時，空化主要集中在渦中心區且渦強度要滿足一定要求，空化與渦旋分布上較為一致；當σ較小時，渦旋與環境低壓的疊加作用，很快就形成空化，并外擴延伸發展，形成片狀空化，此時空化與渦位置不完全重合，此時間隙大小對空化的影響程度較小。

5.2 葉頂泄漏渦強度分布

圖19為間隙渦強度分布與演化圖，渦強度[26]公式為

Γ=?AωcdA

(5)

其中A為M區面積。沿弦長方向等間距取截面對渦強度進行M區內積分取值。整體來看，TLV渦強度沿弦長方向增大，在接近尾緣處達到最大，最后逐漸耗散減弱至零。說明在葉片段TLV伴隨著渦的生成、耗散，渦生成項大于渦耗散項。λ=1以后截面只有耗散，從而渦強度減小加快，直至接近為零。

對比來看，1.5PT渦強度大于0.5PT，這是由大間隙泄漏流量和速度增大，剪切形成的渦強度較大所致。小間隙下，空化可能有助于TLV的生成和發展，在葉片段小空化數下的渦強度更高。同時在離開葉片段，空化又有利于渦的耗散，2組間隙均為小空化數下耗散得更快，這是由于渦在高含汽量的水汽混合體中更容易耗散和潰滅。由于渦強度一定程度反映了整體渦和空化的情況，通過渦強度分析有利于掌握不同間隙下渦的發展規律。

進一步地，通過將各截面渦強度除以M區面積大小，可得M區內的平均渦強度Γa，如圖20所示?？梢钥闯?，沿弦長方向平均渦強度逐漸減小，在前緣處最大，這是由于葉片前緣渦占面積小，平均渦強度大，因而葉片在前緣處率先空化。之后，伴隨著渦的擴散，M區面積沿弦長方向逐漸增大，以及壓差的減小，平均渦強度逐漸降低。當平均渦強度低于某一值時，渦空化很難繼續擴大，從而空化僅在葉片中前部生成和發展。通過分析圖17兩間隙下空化所在的弦長位置，得到Γa1和Γa2分別為σ=0.37和σ=0.71時維持空化所需要的最小平均渦強度，稱為空化截止渦強度。小空化數下的空化截止渦強度較小，這是由于流體處于較低的壓力環境，較小的平均渦強度(Γa1<Γa2)也會導致空化，演變成片狀空化。同一空化數下，大間隙下形成的可視化空化帶尺度更長一些，主要是由于泄漏量更大，空化帶潰滅耗散前被推送得更遠。在空化條件確定后，平均渦強度Γa可作為葉片空化程度和發展的評價指標。

6 結論

(1)空化實驗與數值計算結果對比驗證說明了數值計算采用的湍流模型、空化模型與網格質量的適用性。通過流線結合渦量和Q準則等值面圖可形象展示TLV渦結構和分布規律。

(2)泄漏剪切帶是泄漏流進入吸力面形成TLV的主要區域。渦結構初生首先在泄漏剪切帶形成竹節狀流線結構，然后逐漸在泄漏流推動下向TLV核心區匯聚。小間隙下渦結構形成較快，大間隙下的泄漏流速、渦強度與尺度更大。

(3)分析了不同弦長截面的物理量分布，發現泄漏射流帶和剪切帶在葉頂處有明顯的速度分層分布，間隙射流與軸向主流的對流促進了TLV的產生和發展，而TLV渦量和湍動能主要在剪切帶形成和發展。大間隙下在端壁上產生誘導渦，并被TLV卷吸，小間隙下這一現象并不明顯，大間隙下渦量、湍動能較大。TLV核心區渦旋來自剪切帶形成的剪切渦和周向的來流渦。

(4)對比分析了兩種空化條件、不同間隙的空化分布，發現大空化數下渦與空化基本重合，渦強度與空化正相關，葉頂渦空化在大間隙時延伸更遠。而小空化數下，渦與空化位置不完全重合，TLV渦旋形成的低壓誘導了空化，與環境低壓疊加，一旦滿足空化條件，空化快速擴散，并發展形成片狀空化，間隙寬度對空化的影響較小。渦強度在葉片段沿弦長逐漸增大，在葉片尾部開始逐漸耗散，空化加快了TLV的發展和擴散。平均渦強度則從前緣沿弦長方向下降，這解釋了空化均首先從前緣產生的現象。小空化數下的空化截止渦強度較小。