基于自由能理论的气泡生长格子Boltzmann方法数值模拟研究

发布时间：2021-01-10 04:52

　　多相流是一种常见的流动现象,在日常生活和工业生产中占据重要地位。运用数值计算方法对多相流,特别是气泡运动特性进行研究有助于加深对多相流及沸腾换热相关机理的认识。本文主要对由Lee等人提出的一种两相格子Boltzmann方法的局部质量不守恒的问题进行分析并提出减小其影响的方法,指出Luz等人提出的直接考虑重力的模型中存在分布函数定义不当的问题,并提出改进模型,结合能量方程的求解,对稳定气泡、气泡聚合、气泡自由上升以及加热壁面上的气泡生长过程进行数值计算。本文的主要研究成果如下:针对Lee-Lin模型在界面区域存在局部质量不守恒的问题,本文通过扩大计算区域的面积减小质量不守恒程度。对两个气泡聚合过程的数值模拟结果表明,表面张力会影响模型自由能衰减速度,表面张力越大,衰减速度越快,模型计算达到稳态所需时间越短。但表面张力过大时模型稳定性会受到影响。Luz等人提出的直接考虑重力的模型在计算两相体相区内部时会产生额外的速度,这主要是由于压力分布函数定义不恰当引起的。利用自由能函数理论,本文分析了Lee-Lin模型引入的压力的物理意义。不仅如Lee-Lin等人描述是用于消除模型伪速度的人为引入的压... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
主要符号表
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 两相格子Boltzmann方法
        1.2.1 格子Boltzmann方法的起源和发展
        1.2.2 两相格子Boltzmann方法研究现状
    1.3 本文研究的目的和研究内容
2 基于自由能理论的两相格子Boltzmann方法
    2.1 单松弛格子Boltzmann（LBGK）模型
        2.1.1 LBGK模型的构成
        2.1.2 Chapman-Enskog多尺度展开
    2.2 利用自由能函数理论的两相格子Boltzmann模型
        2.2.1 自由能函数理论
        2.2.2 压力分布函数的演化方程
        2.2.3 Lee-Lin模型
    2.3 本章小结
3 重力模型的改进及气泡自由上升过程的数值模拟
    3.1 Lee-Lin模型局部质量不守恒的处理
        3.1.1 局部质量不守恒的产生原因
        3.1.2 单个稳定气泡的数值模拟
    3.2 两个气泡聚合的过程
        3.2.1 互相接触的两气泡聚合过程
        3.2.2 气泡初始间距的影响
        3.2.3 表面张力的影响
    3.3 单个气泡自由上升过程
        3.3.1 直接考虑重力的模型改进
        3.3.2 重力条件下稳定的两相直界面
        3.3.3 单个气泡自由上升过程
    3.4 本章小结
4 加热壁面的气泡生长数值模拟
    4.1 能量分布函数及相变模型
    4.2 壁面接触角
        4.2.1 壁面接触角的边界条件
        4.2.2 壁面边界条件的验证
    4.3 加热壁面的气泡生长过程
        4.3.1 气泡的生长过程
        4.3.2 气泡生长、脱离过程中的温度场
        4.3.3 气泡生长、脱离过程中的速度场
    4.4 本章小结
5 总结与展望
致谢
参考文献
附录
    A.作者在攻读学位期间发表的论文目录
    B.作者在攻读学位期间参与的科研项目



本文编号：2968099