交错气泡运动特性数值模拟研究

为了进一步探讨交错气泡运动形变特征及运动过程,采用Open FOAM开源计算流体力学软件,利用VOF方法,对三维两气泡在不同间距及偏移距离时的上升运动行为进行模拟,研究气泡间距及偏移距离对流场、速度场及气泡形态等的影响。结果表明:在两气泡运动至聚并为一个气泡前,两气泡两侧存在4个大小不一的旋涡,下气泡左侧旋涡影响范围较小;两气泡聚并为一个气泡后,该一个气泡两侧形成2个大旋涡并随着偏移距离增大,左侧旋涡影响的范围也越大。两气泡的间距及偏移距离影响着气泡上升及聚并过程中的气泡形态。气泡间距一定时,下方气泡偏移距离越大,两个气泡顶部速度增幅越小。     

数值模拟二维气泡在粘性液体中上升运动的边界积分方法

本文在考虑界面张力的条件下，和边界层方法马液体粘性对无粘势流的影响化为修改势流在自由面上边界条件的办法，导出了数值模拟二维气泡在粘性液体中上升和变形的边界积分方法。边界层近似的误差为Ｏ（δ＾３）＝Ｏ（Ｒｅ＾－３／２）。数值模拟结果显示，在大气泡（大Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数）情形的影响很小。随着气泡尺寸的减小，表面张力和粘性的影响都增强，但与表面张力相比，粘性的影响处于比较次要的地位。     

静水中单个气泡的动力学特性数值模拟

为研究水中气泡上升的动力学特性,采用数值模拟方法,以静止水中的单气泡为研究对象,应用 CFD 分析软件,建立了气泡在浮力和重力作用下的仿真模型。模拟区域考虑了静水压力梯度场,采用无滑移技术处理流场边界及全结构网格技术处理气泡,对直径为 2.6 mm 和 4 mm 的气泡进行了数值模拟。分析了气泡在水中的运动机理,并将数值计算与实验数据进行了对比。结果表明：气泡在水中的上升路径与上升速度与试验结果吻合良好,此方法为利用数值手段研究水中气泡的运动特性提供了一个有效的解决途径。     

液固悬浮液中气泡生成的数值模拟

将Level Set方法与硬球离散颗粒方法相结合,建立了一个三相流混合模型。应用该模型对液固悬浮液中气泡从单孔及多孔中的形成过程进行了三维模拟,并与文献中已有的结果进行了定性比较。数值试验主要比较了在悬浮液与纯液体中的气泡生成与上升行为。模拟结果表明,颗粒的存在对气泡的形成与上升有重要影响;气泡诱导的流体流动对气泡与颗粒的运动均有显著地影响。     

气泡之间相互作用的数值模拟

该文采用VOF(Volume-of-Fluid)中的PLIC(Piecewise Linear Interface Calculation)界面重构方法模拟研究了不同放置方式气泡之间的相互作用,重点分析了外围流体黏性及气泡间距对其影响.结果表明,外围流体黏性及气泡间距对气泡的融合及上升速度都具有不同程度的影响,气泡水平放置时,泡间距较小时,气泡上升速度比单个要大.在气泡开始融合到此过程结束的同时.上升速度出现了先降低后反弹的现象,且随着雷诺数的增加速度降低开始时间滞后.     

气泡从浸没孔中生成与上升的数值模拟

应用改进的Level Set方法和Navier-Stokes方程,结合ALE数值算法,三维模拟了常流量下气泡在静止黏性液体中从浸没孔中生成与上升的过程。考察了气泡在两种不同的黏性液体以及在单孔和多孔条件下的生长过程。模拟结果与实验观测定性相符。数值试验表明,改进的Level Set方法改善了气泡的容积守恒性。模拟结果显示,在不同的黏性液体中单孔气泡的生成行为很不相同,在Paratherm传热流体中生成的气泡直线上升,而在水中则是盘旋上升;多孔气泡的生成不同步,气泡的尺寸及空间分布极其不均匀。     

静水中气泡帷幕产生水平流的数值模拟研究

本文以变密度单流体的连续性方程、雷诺平均方程和k-ε方程为控制方程,采用VOF方法追踪空气和水的界面,通过在连续性方程中添加附加质量源,建立了静水中气泡帷幕的数学模型。数值模拟得到的静水中气泡帷幕产生水平流的特性与Bulson的试验结果吻合较好。通过对数值计算结果的分析得到不同供气量Q时气泡帷幕产生的水平流速度Vm,水平流厚度d等主要特征,对气幕防波堤的消波性能研究具有指导意义。     

冷却水工程中湍浮力射流的三维数值模拟

本文作者针对冷却水工程的实际问题，应用浮力修正的ｋ－ε双方程湍流模型及控制容积法，对有横向来流条件下的表面湍浮力射流进行了三维的数值模拟，成功地预测了由温度引起的分流现象，拓宽了湍流模型在该领域的应用。     

水中结构物附近三维爆炸气泡的数值模拟

该文阐述水下爆炸结构物附近三维非对称气泡运动的计算模型,基于势流理论采用边界积分法求解拉普拉斯方程。通过与参考文献实验的比较,验证了计算模型的正确性。最后以椭球形结构物下方爆炸气泡为算例进行详细的数值模拟和分析,获得气泡运动规律、流场压强变化,结构物危险载荷及其分布情况,旨在为工程领域水下爆炸气泡运动规律探索以及结构物的破坏机理研究提供参考。     

振动边界耦合作用下基于微分求积法的三维不可压缩粘性流体的数值模拟

本文采用微分求积(DQ)法基于非交错网格建立在考虑流体-结构相互作用下求解三维不可压缩流体NavierStokes方程的数值方法。弹性振动边界为矩形薄板,诱发板振动的因素为作用在板上的脉动压力场,边界板的振动与流动形成耦合作用。数值结果给出了一箱形流道内雷诺数分别为100,1000和10000时的流场。大量分析表明．用本文方法模拟考虑流体一结构相互作用下的流动问题是可行的。     

基于流固耦合方法的滑坡涌浪数值模拟

以GMO流固耦合模型和k-ε紊流模型为基础,采用VOF方法追踪自由液面,利用FLOW-3D软件平台建立三维数值模型,模拟刚性滑坡体沿斜坡运动所引起的涌浪产生及其传播过程,将数值计算结果与观测数据进行对比,验证数值模型研究此类问题的有效性,并分析流固耦合作用和滑坡体运动状态对涌浪生成和传播过程的影响。结果表明:模拟结果与观测数据吻合较好;忽略水体对滑坡体的作用会明显增加涌浪的首浪高度和传播速度,流固耦合作用主要影响滑坡体从接触水面到完全浸没的阶段(入水阶段)内涌浪的规模与传播特性;在滑坡体入水阶段采用流固耦合数学模型,而当滑坡体完全浸没于水下时采用指定滑坡体运动轨迹的计算模型,这样所得的结果亦能够准确反映涌浪的产生与传播特性。     

基于SPH-ALE方法的波浪水槽数值模拟

为了精确模拟波浪传播,基于光滑粒子流体动力学及任意拉格朗日欧拉(SPH-ALE)方法建立二维数值波浪水槽,在原SPH方法中引入近似黎曼求解器替代人工黏性项,采用排斥力边界条件防止流体粒子穿透固边界,海绵层内采用指数型衰减函数来消除水槽末端的波浪反射,并对规则波的传播进行数值模拟。结果表明:与采用人工黏性项的原SPH方法相比,SPH-ALE方法能够无衰减地模拟波浪传播,并可有效减小固边界附近的粒子压力振荡。     

基于SPH方法的二维宽顶堰溢流数值模拟

光滑粒子水动力学方法(SPH)是一种基于纯拉格朗日思想的无网格粒子方法,在众多科学和工程领域得到了初步应用。采用SPH方法对二维宽顶堰溢流进行了数值模拟,并利用机群进行并行计算来提高计算效率,将模拟数据与试验数据进行了对比。结果表明,SPH方法可以模拟出二维宽顶堰自由出流和淹没出流时水流流态、水跌、回流区、水跃现象,计算出溢流流量、流速等水力参数,并且采用数据拟合得出与理论相符的断面流速分布图。结果表明了SPH方法可以较好模拟二维宽顶堰溢流中的流速分布以及水面曲线。     

含沙浓度对表面张力不同液体中单空泡膨胀及收缩过程的影响

用高速摄影技术，在表面张力不同的四种液体中，对电火花放电造成的单空泡膨胀及收缩过程观测表明，含沙浓度对空泡的膨胀及收缩过程的影响类似于液体粘滞性对空泡的膨胀及收缩过程的影响. 文中分析了表面张力的影响程度。     

水中气泡溃灭的理论与数值研究

从理论和数值两个方面研究了单个气泡在自由流场中的溃灭.采用Rayleigh方程推导出一个新的球形气泡演变的解析解.基于流体体积法( VOF),在考虑表面张力、粘度和可压缩性效应的情况下,对单个纯气体泡的运动进行了三维模拟.在第一次溃灭阶段,气泡体积演变的数值结果与解析解保持一致. 数值结果表明气泡体积到达最小值后开始回弹,气泡的形状、速度场和压力场在回弹点附近发生剧烈变化.     

空泡在固壁附近潰灭的数值模拟

实验表明,静止流场中的近壁空泡在泡内外压差的驱动下将发生变形收缩,直至完全溃灭消失。在这一过程中,伴随着空泡形状的变化,流场中出现多个高压脉冲和高速射流。本文通过直接求解原始变量的N-S方程,用VOF方法计算气液两相交界面的运动过程,对这一现象进行了数值模拟和分析。结果表明理论分析和实验现象相吻合。     

水流结构相互作用的粒子法数值仿真

提出了光滑质点水动力学法,对具有自由面的水流(体)与建筑物相互作用问题进行了数值仿真。应用该法求解了拉格朗日形式的纳维埃—斯托克斯方程,并对方程中的梯度、散度与拉普拉斯等项进行了相应的处理。光滑质点水动力学法具有计算格式简单、易于跟踪自由面和计算大变形问题等优势。最后,给出了水流(体)与建筑物相互作用的两个计算实例,结果表明,计算结果与其他方法给出的数据符合良好。