气泡-液体闭式多股射流的大涡模拟研究

采用气泡-液体两相流动的欧拉-拉氏大涡模拟,研究了矩形通道内多股射流形成的气泡-液体两相湍流流动,得到了气液两相湍流瞬态结构,产生和发展过程。研究结果发现气泡和液体都有瞬态大涡结构,气泡脉动比液体的强。大涡模拟统计结果给出了有无气泡两种情况下的液体湍流脉动速度均方根值分布。瞬态和统计结果都表明,气泡增大了液体湍流,液体湍流来源于其自身的剪切产生和气泡的作用。这与二阶矩模型模拟结果定性一致。     

静止水中单个上升气泡的直接数值模拟

本文发展了基于Front Tracking的直接数值模拟方法研究气液两相界面的迁移特性,该方法对气液两相采用半隐式的分步法直接求解N-S方程,耦合Front Tracking Method获得两相界面的三维变形。针对无边界以及垂直壁面附近静止水中的单个气泡上升过程进行模拟,研究气泡运动的机理以及气泡与壁面的相互作用。数值模拟准确再现了气泡的上升过程和变形,不同Re数下气泡的上升速度计算结果同经验关联式非常吻合,验证了该方法的有效性。随后分析了气泡周围流场的结构,发现壁面对气泡周围流场的抑制是壁面对气泡作用力的主要原因,将导致气泡逐渐偏离垂直壁面。     

黏弹性流体泡状流混合层流动的PIV实验研究

本文对注入气泡的黏弹性流体气液两相泡状流混合层流动进行实验研究,含气率为0.5%。与纯水气液两相流相似,气泡的注入也会削弱黏弹性流体中的涡结构,影响大涡的卷起。雷诺应力与涡量的分布规律类似,其峰值集中在混合层中心区域。注入气泡使混合层中心区域内的雷诺应力增大,峰值区域范围减小,添加聚合物的混合层中的雷诺应力峰值增大得更多。对涡量而言,注入气泡使峰值产生非常明显的减小,黏弹性流体的涡量所受的影响比纯水的要小。     

气泡在液态金属搅拌流场中运动与变形的影响因素分析

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.液体流场采用多重参考系法进行三维模拟,对气泡运动的二维模拟则在三维流场中的一个通过搅拌轴的特征平面上进行.这样既能捕获气泡在搅拌流场中运动的基本特征,又能大大降低计算成本.应用VOF方法对气液两相之间的界面进行追踪.通过改变过程中的转速,气泡初始速度、位置和尺寸.以及表面张力和液体粘度,分析了这些因素对于气泡运动与变形的影响.     

水下气体射流初期流场的数值研究

水下气体喷射产生一个复杂的非稳态多相流场.为建立两相流场结构的预测方法,并揭示水下气体射流初期的流动演化和气水的相互作用,采用VOF两相流模型对水下气体喷射过程进行了数值模拟,分析了气体喷射形成的复杂流场结构.结果显示,在喷射初期,喷射形成的部分气泡在逆向涡流带动下向后翻卷;管口附近产生压力峰值区,该峰值快速衰减趋近于周围环境压力;射流过程中气液两相流场内形成了复杂的压缩和膨胀波以及涡旋运动.     

气液两相流体绕方柱流动的数值模拟

本文详细给出了气液两相流动双流体模型下的各控制方程组和相间作用力,通过将气泡引起的紊流与剪切引起的紊流线性叠加给出了气液两相流动的紊流模型。通过给出的边界条件,采用ＩＴＡ－ＩＰＳＡ算法对垂直上升的气液两相流横向冲刷方柱引起漩涡证替脱落的过程进行了数值模拟,得到了流场和局部含气率变化的示意图,数值模拟与试验的结果基本一致。     

激波与SF6球形气泡相互作用的数值研究

本文基于大涡模拟方法, 采用高阶精度格式对平面入射激波以及不同反射距离条件下的反射激波与SF₆重气泡相互作用过程进行了三维数值模拟. 数值结果清晰地显示了SF₆重气泡在激波作用下诱导Richtmyer-Meshkov不稳定性过程, 揭示了入射激波以及反射激波在气泡界面聚焦诱导射流的过程, 详细分析了不同反射距离条件下反射激波与SF₆重气泡作用过程及流场结构.     

微通道内不混溶气液两相二氧化碳界面动力学行为的格子Boltzmann研究

将高精度的二氧化碳状态方程与气液两相流格子Boltzmann方法中的伪势模型耦合,研究微通道内二氧化碳气液两相流动的界面动力学行为,包括二氧化碳气泡和液滴的分裂、合并、变形,以及气液两相二氧化碳在演化过程中的质量交换.研究发现：当分裂和合并行为达到平衡,并且两相之间不发生质量交换时流动达到稳态.稳态时的流型主要依赖于表面张力,惯性力,管道的润湿性,以及初始体积分数.当表面张力较大时,微通道内形成的二氧化碳气泡或液滴会收缩成圆形,此时二氧化碳气泡或液滴会堵塞微通道,形成段塞流;随着表面张力的减小,形成的气泡或液滴不容易收缩,在微通道内更容易发生变形,出现泡状流或环状流.当壁面润湿性为强疏水性时,二氧化碳在微通道中的流动为环状流,其它润湿性下,流型为段塞流.体积分数较小时,二氧化碳两相流动的流型为段塞流,体积分数较大时,流型为环状流.     

气泡碰撞过程中形变及破碎现象分析

以水气两相流为研究对象, 采用大涡模拟和流体体积法, 结合破碎准则和第三代涡识别方法对双气泡碰撞过程进行数值模拟。采用单一变量法, 研究气泡直径比、相对偏心距及气泡间相对距离对气泡破碎程度的影响。双气泡碰撞过程中, 两气泡的直径越接近时, 碰撞过程中的气泡破碎程度越弱, 偏心距的变化对气泡破碎程度影响不大。而相对距离小于1时, 随着其增大, 气泡碰撞过程中的破碎程度更加明显。当气泡相对距离大于1时, 气泡破碎程度趋于平缓。研究表明: 第三代涡识别方法能够很好地捕捉两相流湍流流场中漩涡位置, 并能敏锐地反映出湍流的变化。     

黏性液体中单个气泡上升的形状特性

采用基于Level Set方法的直接数值模拟技术对黏性液体中单个气泡的上升运动进行三维模拟.数值模拟采用拟单相流模型处理气泡内外的气液两相流动,应用Level Set方法捕捉运动气泡的变形.针对Eo数从O(0)～O(2),Mo数从O(-11)～O(2)的流动范围,重点研究了上升气泡的形状特性,并与经典的气泡形状图谱进行了比较.模拟结果表明,上升气泡的形状与无量纲参数(Eo、Mo和Re)密切相关.在高Re的扁椭球区域,数值发现了气泡形状的周期性振荡行为.