气泡碰壁反弹的动力学模型研究

发布时间：2021-10-26 04:41

　　为了解气泡与壁面相互作用的物理机制和详细动力学过程,对气泡与壁面碰撞反弹的动力学过程进行了分析,综述了理论模型的发展过程,并采用所建立的理论模型进行数值求解.当毫米级气泡以一定速度垂直撞击壁面时,气泡与壁面之间存在一层液膜,该液膜呈现多种形状.气泡的变形会改变薄膜内压强的分布,形成薄膜排水过程.气泡在与壁面作用的过程中会反弹多次直至动能被完全消耗.在建立的动力学模型中,液膜厚度分布由Stokes-Reynolds方程描述,液膜内压强由Young-Laplace方程求得,在气泡的轨迹模型中引入了由液膜内压强引起的壁面诱导力.结果表明:描述液膜厚度及膜内压强的SRYL模型能够捕捉薄膜变化的动力学行为,基于薄膜润滑近似的壁面诱导力模型可以较好地预测气泡多次反弹的运动轨迹,壁面诱导力在气泡撞击壁面的过程中对气泡运动起主导作用;随着气泡尺寸和雷诺数的增大,气泡的反弹次数会逐渐增加,气泡是否反弹以及反弹次数与雷诺数有着直接的关系. 

【文章来源】：北京理工大学学报. 2020,40(06)北大核心EICSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

气泡碰撞壁面系统示意图

u= 1 2μ c (z 2 -hz) ?p ?r .?????? ??? (15)在纯净的流动系统中气液交界面考虑为流动界面边界条件,此时气液交界面处的边界条件为 ?u ?z =0 ,采用这一边界条件将得到速度分布为

表1显示了气泡质心轨迹的范数误差和空间收敛阶数,参考值为节点数为800的计算结果. 可以看出,随着空间节点数的增加,计算结果的范数误差逐渐减小,质心位置的收敛阶数也逐步增加,在节点数为200时,接近2,当节点数为600时,大于3. 同时可以看出采用不同范数误差计算得到的收敛阶数大小基本相同.图5 不同空间节点数下气泡质心轨迹对比


本文编号：3458849