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气泡行为的数值研究

王含  
【摘要】: 空泡和浮力气泡常出现在自然界和工业生产过程中,其行为的数值研究具有学术和实际应用价值。本文对把两种不同粘度和不同密度流体的轴对称不可压缩流体视为具有变粘度和变密度的单一流体的轴对称不可压缩流的VOF方法进行了改进。在无粘不可压缩流和忽略表面张力作用的框架内,本文用此方法模拟了在另一种流体中上升或下落的单个轴对称气泡或液滴的行为,分析了液体射流生成的机理和两种流体密度比对气泡或液滴变形规律影响的机理。在无粘不可压缩流的框架内模拟了浮力驱动的单个轴对称上升气泡的行为,分析了表面张力对气泡行为影响的机理,并发现了区分不同气泡行为的4个临界Weber数。在不可压缩流和忽略表面张力作用的框架内模拟了浮力驱动的单个轴对称上升气泡的行为,分析了粘性对气泡行为影响的机理,发现了区分气泡不同行为的3个临界雷诺数。在无粘不可压缩流和忽略表面张力作用的框架内模拟了浮力驱动的两个轴对称上升气泡的行为,分析了它们的相对大小和相对距离对它们行为影响的机理,发现了一些区分它们不同行为的相对距离的临界值。在无粘不可压缩流的框架内模拟了不同相对距离下浮力驱动的两个同样大小的轴对称上升气泡的行为,分析了表面张力对气泡行为影响的机理,发现了4个区分气泡不同行为的临界Weber数。在不可压缩流和忽略表面张力的框架内模拟了不同相对距离下浮力驱动的两个同样大小的轴对称上升气泡的行为,分析了粘性对气泡行为影响的机理,发现了3个区分气泡不同行为的临界雷诺数。在无粘不可压缩流和忽略表面张力作用的框架内模拟了浮力驱动的近自由面的轴对称上升气泡的行为,分析了气泡破裂时和破裂后液柱生成和发展的机理以及气泡与自由面间相对距离对气泡行为影响的机理,发现了一个区分气泡不同行为的相对距离的临界值。在无粘不可压缩流框架内模拟了不同相对距离下浮力驱动的近自由面的轴对称上升气泡的行为,分析了表面张力对气泡行为影响的机理,发现了2个区分气泡不同行为的临界Weber数。最后,在单重等距网格上发展了一种模拟近固壁空泡行为的VOF方法,此方法基于空泡外的液体流动,仅考虑气体压力对空泡体积的依赖性。


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