基于OpenFOAM的平板微气泡减阻数值分析

发布时间：2021-11-01 20:27

　　本文基于OpenFOAM两相欧拉求解器（twoPhaseEulerFoam）对二维平板进行微气泡减阻数值模拟。模型直接求解两相N-S方程,同时采用标准k-ε湍流模型,并考虑两相间作用力的影响,通过求解界面输运方程来模拟气泡的聚并和破碎。将数值结果和Madavan[1]试验结果进行对比,验证了模型的可行性。分析了不同流速下气泡直径、通气速度、浮力对减阻率的影响,并且研究了气泡对边界处流体速度分布、气体体积分数的影响。从数值结果可以看出通气速度较大且气泡直径较小时,减阻效率高,并且浮力对减阻有一定影响。 

【文章来源】：船舶力学. 2020,24(08)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

气泡聚合与破碎示意图

由于本文采用标准高雷诺数k-ε湍流模型，所以第一层网格在湍流充分发展的对数层，即y+>30。尽管没有在粘性层，但并不影响对减阻机理的分析，主要避免网格长宽比过大导致发散等情况发生，同时可以减少计算时间。y+的定义为[15]式中，uτ为摩擦速度，ρ为流体密度，μ为动力粘性系数，y为第一层网格中心距离壁面的高度。网格划分如图4所示，网格数为30 800。

为了保证网格划分合理性，将零通气情况下的出口边界处速度分布曲线和壁面律进行比较。通过文献[16]可以得到平板流动中充分发展湍流的壁面函数为图5给出了本文模拟的速度分布，横坐标是y+，纵坐标是u+。本文的速度分布曲线和平板壁面函数吻合良好，可以保证网格划分和湍流模型应用的合理性。

【参考文献】：
期刊论文
[1]平板微气泡减阻数值模拟及影响因素分析[J]. 傅慧萍.  哈尔滨工程大学学报. 2015(10)
[2]微气泡流的数值模拟及减阻机理分析[J]. 吴乘胜,何术龙.  船舶力学. 2005(05)
[3]平板通道内充分发展湍流直接数值模拟[J]. 李光熙,陶文铨,宇波,李增耀.  工程热物理学报. 2004(06)
[4]微气泡减少平板摩擦阻力的数值模拟[J]. 梁志勇.  船舶力学. 2002(04)
[5]平板微气泡减阻的数值模拟[J]. 林黎明,王家楣,詹德新.  船海工程. 2001(S2)

硕士论文
[1]微气泡减阻数值模拟及其机理分析[D]. 魏艳.哈尔滨工程大学 2013



本文编号：3470739