壁面效应对剪切稀化流体内气泡上浮特性的影响

发布时间：2021-10-21 17:57

　　数值研究了壁面效应对剪切稀化流体内气泡上浮运动特性的影响,气液两相的界面捕捉采用流体体积（VOF）法,剪切稀化流体流变特性和气液相间表面张力的计算分别采用Carreau模型和连续表面张力模型.详细研究了不同流变指数下,壁面效应对气泡形状、液相流场和气泡终端速度的影响.结果表明,强的壁面效应或弱的剪切稀化程度会限制气泡的变形和尾涡的形成,使气泡的终端速度减小;气泡终端速度最易受壁面效应的影响;强的壁面效应和强的剪切稀化程度会导致高剪切速率区域出现在壁面附近,引起壁面附近液相表观黏度大幅度的下降. 

【文章来源】：应用数学和力学. 2020,41(02)北大核心CSCD

【文章页数】：13 页

【部分图文】：

几何模型

鉴于结构网格能够很好地拟合当前计算区域的边界,而且有利于相界面的重构,所以采用结构化网格生成网格系统.为了获得准确的计算结果和加快收敛速度,使用了自适应网格技术(AMR).计算过程中,采用h-adaptive自适应网格技术对网格进行重构.对于当前的研究,气泡仅沿z轴正向上升,在径向上不发生偏移.因此,采用区域自适应网格法对气泡运动区进行细化,网格系统如图2所示.当前的网格系统,有三个网格尺寸级别.首先,对整个计算域进行网格划分,网格尺寸为Δ1.接着用区域自适应方法对宽度为气泡直径3倍、高度与计算区域相同区域内的网格进行细化,网格尺寸为Δ2.为了准确捕捉气泡尾部的流动特征,再次采用相同的方法对宽度为气泡直径1.5倍、高度与计算区域相同区域内的网格进行细化,网格尺寸为Δ3.三个级别网格尺寸的关系为Δ1=2Δ2=4Δ3.2.6 计算方法

为了避免网格系统对计算结果的影响,同时尽可能减小计算量,设计了四套不同的网格系统(即grid 1、grid 2、grid 3和grid 4),检查了网格尺度对计算结果的影响,其最小网格尺寸分别为d/40,d/60,d/80和d/100.为了保证计算精度,以最苛刻的工况,即壁面效应和流变指数最小的工况来验证网格无关性.计算参数为Ga=3,Eo=200,n=0.2,L/d=12.5,μr=0.01和ρr=0.001.图3为四套网格下气泡瞬时速度随计算时间的变化.气泡瞬时速度由下式计算:

【参考文献】：
期刊论文
[1]修正压力梯度粒子近似SPH方法计算大密度比界面流动[J]. 徐丞君,徐胜利,刘庆源.  应用数学和力学. 2019(01)
[2]静止非牛顿流体中气泡生成过程的传质[J]. 易妍妍,王智慧,杨超,毛在砂,王启宝.  化工学报. 2015(11)



本文编号：3449464