Marangoni效应下气泡上升过程的FTM模拟

发布时间：2021-02-17 00:28

　　采用界面跟踪法FTM（Front-Tracking Method）,并结合CSF（continuum surface force）模型,研究了在垂直方向上温度分布不均匀的对称流场中由Marangoni效应引起的气泡上升运动问题。模拟了在不同的M a数和Pr数下单气泡及同轴双气泡的运动。研究结果表明,在不同的M a数下气泡的运动差异较大,M a数越大,气泡运动至稳态时的速度越大,且气泡运动的最大速度值与M a数呈正相关关系;增大Pr数所造成的粘度增大或热扩散率减小将削弱气泡的迁移运动;Marangoni对流中双气泡的局部运动证实了温度梯度和气泡运动速度紧密相关。 

【文章来源】：计算力学学报. 2019,36(01)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

图１气泡上升物理模型

下的热毛细迁移距离较短。图５相同工况下的温度梯度分布能很好地解释这一现象。Ｐｒ数增大意味着粘度增大或热扩散系数减小，此时流体的传热能力减小，气泡上下温度梯度减小，Ｍａｒａｎｇｏｎｉ效应形成的驱动力减弱，故热毛细迁移距离变短。图６给出了Ｐｒ数分别为０．６４，１和４三种工况下速度随时间的变化过程。与图３的结果类似，气泡的运动是一个连续平稳的过程，没有发生突变。气泡加速至稳定状态后，其运动速度保持基本不变。比较发现，Ｐｒ数越大，气泡的运动速度越校图２不同时刻气泡界面形态（Ｍａ＝１５３６）Ｆｉｇ．２ＳｈａｐｅｏｆｂｕｂｂｌｅｉｎｔｅｒｆａｃｅａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｍｅｗｈｅｎＭａ＝１５３６图３Ｍａ＝１２８０，１５３８和１７９２时的气泡速度曲线Ｆｉｇ．３ＢｕｂｂｌｅｖｅｌｏｃｉｔｙｃｕｒｖｅｆｏｒＭａ＝１２８０，１５３８ａｎｄ１７９２图４平衡速度与Ｍａ数的散点拟合Ｆｉｇ．４ＳｃａｔｔｅｒｐｌｏｔｓｏｆｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｖｅｌｏｃｉｔｙｗｉｔｈＭａｎｕｍｂｅｒａｎｄｉｔ’ｓｆｉｔｔｉｎｇｃｕｒｖｅ４５计算力学学报第３６卷

下的热毛细迁移距离较短。图５相同工况下的温度梯度分布能很好地解释这一现象。Ｐｒ数增大意味着粘度增大或热扩散系数减小，此时流体的传热能力减小，气泡上下温度梯度减小，Ｍａｒａｎｇｏｎｉ效应形成的驱动力减弱，故热毛细迁移距离变短。图６给出了Ｐｒ数分别为０．６４，１和４三种工况下速度随时间的变化过程。与图３的结果类似，气泡的运动是一个连续平稳的过程，没有发生突变。气泡加速至稳定状态后，其运动速度保持基本不变。比较发现，Ｐｒ数越大，气泡的运动速度越校图２不同时刻气泡界面形态（Ｍａ＝１５３６）Ｆｉｇ．２ＳｈａｐｅｏｆｂｕｂｂｌｅｉｎｔｅｒｆａｃｅａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｍｅｗｈｅｎＭａ＝１５３６图３Ｍａ＝１２８０，１５３８和１７９２时的气泡速度曲线Ｆｉｇ．３ＢｕｂｂｌｅｖｅｌｏｃｉｔｙｃｕｒｖｅｆｏｒＭａ＝１２８０，１５３８ａｎｄ１７９２图４平衡速度与Ｍａ数的散点拟合Ｆｉｇ．４ＳｃａｔｔｅｒｐｌｏｔｓｏｆｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｖｅｌｏｃｉｔｙｗｉｔｈＭａｎｕｍｂｅｒａｎｄｉｔ’ｓｆｉｔｔｉｎｇｃｕｒｖｅ４５计算力学学报第３６卷

【参考文献】：
期刊论文
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[4]高浓度甘氨酸离子液体水溶液的降膜特性研究[J]. 彭璟,耿皎,王明明,张锋,张志炳.  南京大学学报(自然科学版). 2010(05)
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[6]Marangoni效应对降膜加热流动的影响[J]. 张锋,耿皎,马少玲,张志炳.  化工学报. 2005(09)
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本文编号：3037151