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微通道内两相流界面追踪的数值模拟

高一娟  
【摘要】: 上世纪90年代以来,自然科学与工程技术发展的一个重要趋势是向微型化迈进。人们的注意力从熟悉的常规尺度对象向不熟悉的微观世界转移,特别是微电子机械系统(MEMS)和纳米材料的发展,引起了人们对微尺度问题的极大兴趣。微槽道内多相流问题作为化工、环境监测等领域的一个重要问题,受到了极大地关注。 本文基于多相流理论,应用Level-Set方法,建立了微尺度两相流相界面跟踪模型,实现了微槽道中液液两相流的相界面追踪的动态模拟。模拟实例包括:(1)微槽道内油、水两相分层流中,单个油滴从水中上升,最后融入到顶部油相中,追踪了油滴在水相中的界面运动过程和流动速度场。可以看出,油滴首先加速向上运动,达到最大值后,匀速向上,接近油水界面时液滴迅速融入油相中;(2)对水相中两个油滴融合的界面迁移过程和流动速度场进行了追踪。可以看出,两油滴各自加速向上运动,两油滴间距离开始变大。当后面液滴达到一定速度后,油滴间距离迅速变小,后面油滴追上前面油滴,很快与前面油滴融合,形成一个大油滴,继续向上运动;(3)模拟了? ? 60?和? ? 120?二种不同接触角下油滴的生长过程,得到了不同亲水性壁面的油滴生长方式;(4)接触角? ? 120?时,模拟了油滴生长与侧壁发生接触的过程,得到了油滴与壁面作用时相界面的演化方式。结果表明,本文建立的两相流微流动数值模型能很好的实现界面的动态跟踪和流场模拟,为微槽道内多相流流动模拟打下了好的基础。


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