浮力气泡对水平壁面的回弹动力学特性

发布时间：2021-10-16 08:39

　　黏性液体中的气泡浮升运动有趣而又复杂,而气泡与固壁边界的相互作用更是广泛存在于实际工程中.基于轴对称数值计算,模拟了浮力驱动下气泡在黏性液体中上升并与顶部水平固壁面碰撞、回弹的过程.采用考虑表面张力的不可压、变密度Navier-Stokes方程来描述气液两相流流动,并通过基于分级八叉树的有限体积法进行数值求解.为准确捕捉气泡在回弹过程中局部而迅速的拓扑变化,采用了动态自适应网格技术耦合流体体积法（volume of fluid, VOF）来重构气泡的形状.从气泡对壁面的碰撞和回弹的基本现象入手,研究了伽利略数Ga和接触速度U_a对气泡回弹动力学特性的影响,分析了气泡碰撞过程中涡结构的变化.用回弹高度H、回弹周期T、长宽比A_r、浮升速度U、轴向位置z和回复系数Cr等参数来表征不同条件时气泡的运动和形状特性.研究结果表明,气泡的回弹运动特性对Ga十分敏感. Ga的增大可加剧气泡形变,促进气泡的回弹运动,增多回弹次数,增大回弹参数（T和H）,提升回复系数.然而,接触速度并非决定气泡回弹动力学的控制参数, Ua的改变并不会改变回复系数. 

【文章来源】：力学学报. 2019,51(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：11 页

【文章目录】：
引言
1 数值方法
    1.1 控制方程
    1.2 空间离散
    1.3 时间离散
    1.4 VOF方法
    1.5 问题描述
2 自由气泡的浮升运动
    2.1 收敛性分析
    2.2 与前人实验结果的对比
    2.3 伽利略数的影响
3 气泡在顶部壁面处的回弹运动
    3.1 与前人实验结果的对比
    3.2 伽利略数的影响
    3.3 接触速度的影响
4 结论


【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米流体液滴撞击壁面铺展动力学特性研究[J]. 刘海龙,沈学峰,王睿,曹宇,王军锋.  力学学报. 2018(05)
[2]含气泡油滴撞击油膜壁面时气泡的变形与破裂[J]. 周剑宏,童宝宏,王伟,苏家磊.  力学学报. 2018(02)
[3]壁面约束对裙带气泡动力学的影响[J]. 张洋,陈科,尤云祥,任伟.  力学学报. 2017(05)
[4]静止水中单气泡形状及上升规律的实验研究[J]. 闫红杰,赵国建,刘柳,段珺皓.  中南大学学报(自然科学版). 2016(07)
[5]自由上浮气泡运动特性的光滑粒子流体动力学模拟[J]. 孙鹏楠,李云波,明付仁.  物理学报. 2015(17)
[6]水中上浮气泡动态特性研究[J]. 李帅,孙龙泉,张阿漫.  物理学报. 2014(18)
[7]相同尺度下气泡与复杂壁面的耦合特性研究[J]. 史冬岩,王志凯,张阿漫.  物理学报. 2014(17)
[8]单个上升空泡撞击顶部壁面的变形和回弹特性研究[J]. 邱超,张会臣.  机械工程学报. 2014(14)
[9]上浮气泡在壁面处的弹跳特性研究[J]. 李帅,张阿漫.  物理学报. 2014(05)
[10]近壁面气泡的运动规律研究[J]. 张阿漫,姚熊亮.  物理学报. 2008(03)



本文编号：3439494