基于扩散界面的多相流SPH模型及气液相变的直接数值模拟

发布时间：2021-12-08 21:38

　　气液相变广泛存在于自然现象和实际应用中。深入研究其现象和机理,具有重要的实际意义和科学价值。气液界面的处理是其中一个难点,尤其当研究尺度下降到界面厚度时,传统的突变界面法就会失效,因此需要一种能够描述连续密度梯度的扩散界面方法。另外,固壁面的湿润度对微尺度下的液体运动和相变也具有重要影响。本文将建立一种基于扩散界面的SPH多相流模型,与可变湿润度固壁面的边界处理方法,以实现气液相变的直接数值模拟。基于扩散界面的SPH模型采用了单组分的流体控制方程来描述气液两相的运动,以范德华方程作为真实流体的状态方程,并在动量方程中耦合Korteweg张量来实现气液相间的扩散界面。采用SPH粒子方法对拉格朗日形式的流体控制方程进行了离散,并对算法进行了优化。同时,提出了第二类边界条件模型,以及表面湿润度模型。通过双边表达形式,将固体壁面处理成带有一定扩散厚度的流固界面。采用多个基础算例,验证了该SPH模型在描述气液相变系统、第二类边界条件、变湿润度表面、以及流动问题等方面的准确性。基于该模型,我们研究了液滴在真空和低压下自发的气液分离过程,液滴在湿润度梯度表面上的自发融合过程,以及三维水膜在亲疏水壁面...

【文章来源】： 浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：166 页

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
符号说明
1. 绪论
    1.1. 气液相变的工业背景
        1.1.1. 沸腾换热
        1.1.2. 沸腾爆炸
        1.1.3. 悬浮等离子喷涂
    1.2. 界面的处理方法
        1.2.1. 突变界面
        1.2.2. 扩散界面
        1.2.3. 固壁边界
    1.3. 数值模拟方法
        1.3.1. 分子动力学
        1.3.2. 格子玻尔兹曼法
        1.3.3. 耗散粒子动力学
        1.3.4. 光滑粒子流体动力学
    1.4. 本文的主要内容和创新点
2. 相变和流体基本理论
    2.1. 气液相变理论
        2.1.1. 范德华状态方程
        2.1.2. 系统的稳态、亚稳态和非稳态
        2.1.3. 相变机制
    2.2. 流体力学理论
        2.2.1. Navier-Stokes-Korteweg方程
        2.2.2. 第二类边界条件
    2.3. 本章小结
3. SPH数值方法
    3.1. SPH方法
        3.1.1. 基本思路
        3.1.2. 核函数的选择
        3.1.3. 粒子近似
    3.2. 控制方程离散
        3.2.1. 离散形式
        3.2.2. 密度、速度和能量方程的离散
    3.3. 边界模型的离散
        3.3.1. 第二类边界条件
        3.3.2. 表面湿润度
        3.3.3. 边界粒子布置
    3.4. 数值算法
        3.4.1. 粒子搜索法
        3.4.2. 时间积分
    3.5. 本章小节
4. 模型验证
    4.1. 范德华流体
        4.1.1. 初始设置
        4.1.2. 液滴的气液分离
        4.1.3. 表面张力
        4.1.4. 饱和蒸汽压
    4.2. 边界模型
        4.2.1. 第二类边界条件
        4.2.2. 表面湿润度
    4.3. 流动问题
        4.3.1. 圆柱绕流
        4.3.2. 泊肃叶流动
    4.4. 本章小结
5. 液滴沸腾的气液分离过程
    5.1. 引言
    5.2. 初始设置
    5.3. 液滴状态的变化规律
        5.3.1. 沸腾现象
        5.3.2. 表面蒸发
        5.3.3. 内部成泡
        5.3.4. 破碎及爆炸
        5.3.5. 闪蒸沸腾
    5.4. 参数的影响
        5.4.1. 液滴的尺寸
        5.4.2. 液滴的初始形状
        5.4.3. 导热系数
    5.5. 结论
6. 变湿润度固壁面上液滴的自发运动
    6.1. 引言
    6.2. 液滴移动
        6.2.1. 初始设置
        6.2.2. 液滴的移动规律
    6.3. 液滴融合
        6.3.1. 初始设置
        6.3.2. A型壁面液滴的融合规律
        6.3.3. B型壁面液滴的融合规律
        6.3.4. 温度与亲疏水的综合影响
    6.4. 本章小结
7. 亲疏水固壁面上水的三维液膜沸腾
    7.1. 引言
    7.2. 初始设置
        7.2.1. 导热系数的修正
        7.2.2. 粒子及参数设置
    7.3. 局部加热
    7.4. 整体加热
        7.4.1. 表面蒸发
        7.4.2. 膜态沸腾
    7.5. 临界热流密度
        7.5.1. 整体加热的临界热流密度
        7.5.2. 局部加热的临界热流密度
    7.6. 亲疏水固壁
        7.6.1. 湿润度的影响
        7.6.2. 跳跃沸腾
    7.7. 本章小结
8. 总结与展望
    8.1. 全文总结
    8.2. 工作展望
参考文献
作者简介
发表文章目录


【参考文献】：
博士论文
[1]基于范德瓦尔斯理论的气液相变的SPH数值模拟研究[D]. 白玲.天津大学. 2014



本文编号：3529284