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单个气泡在液态金属搅拌流场中运动与变形的数值模拟

宋会玲  
【摘要】: 本文用“准三维”数值模拟方法研究吹气发泡法制备泡沫铝的过程中,单个气泡在铝熔液搅拌流场中的运动与变形。搅拌流场的模拟,采用多重参考系(Multiple Reference Frame)法和标准k-ε模型进行三维模拟。气泡运动和变形的模拟,在根据三维流场的计算结果简化出的“准三维”模型中进行。应用VOF(Volume of Fluid)方法对气液之间的界面进行追踪,应用CSF(Continuum Surface tension)模型考虑表面张力的影响。通过改变过程参数和物性参数,对多个气泡的运动和变形过程进行了计算。归纳总结出了有关气泡在搅拌流场中的运动、变形和分裂的若干规律,并且分析比较了各参数对流场和气泡运动变形的影响。 通过计算得出以下结论:气泡一般沿着液体流场中大涡之间的主流线运动;在速度迅速增大或压力迅速减小的地方,气泡容易被剪切破碎。在过程参数中,搅拌转速增大可加速气泡运动变形;气泡的初始速度对气泡运动变形影响不明显;增大气泡直径,一方面大气泡更容易变形,另一方面气泡受到的压力梯度力也增大,两方面共同影响气泡的运动与变形;气泡的初始位置决定了气泡将与流场中哪一部分液体发生相互作用,从而直接影响气泡的运动和变形。在物性参数中,当表面张力作用越强,惯性力越小,亦即Weber数越小时,气泡越不容易变形;流场中液体的粘度越大,流动越缓慢,气泡越不容易变形破碎。


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