基于LBM伪势模型下的三维大密度液滴撞击壁面数值研究

发布时间：2021-12-09 05:47

　　伪势多相MRT-LBM（多重松弛时间格子玻尔兹曼方法）模型由于理论简单,自动形成两相界面等特点,被大量应用于多相流中的液滴撞击以及气液相变等数值模拟问题。该文基于二维和三维大密度伪势MRT-LBM模型,研究了三维条件下的单液滴和连续双液滴撞击壁面过程。结果表明:三维MRT-LBM能很好地实现对单液低撞击过程的模拟,且能精确地捕捉不同润湿特性下的撞击过程。该模型在液滴碰撞的模拟中与实验结果吻合程度较高,较高的液滴雷诺数与亲水程度有利于液滴在壁面上的铺展。 

【文章来源】：水动力学研究与进展（A辑）. 2020,35(04)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

液滴撞击固体后液膜水平和竖直拉伸长度Fig.2Horizontalandverticaltensilelengthofliquidfilmafterthedropletimpactsthesolid

关系，第一个液滴向上拉伸，并形成一个突出的尖端，类似于皇冠状的结构；进一步，液滴下落，液滴尖端部向下下落，形成帽子状的结构，紧接着液滴进一步向两端扩展，形成飞碟状z的形状，这与单液滴的撞击过程几乎保持一致。液滴在表面张力和惯性力的作用下，进一步往返运动，液滴的能量逐渐消耗，最后接近于稳定状(t*=13.2)。图12双液滴撞击固体壁面两相界面随时间演化过程Fig.12Evolutionofthetwo-phaseinterfaceofadoubledropletimpingingonasolidwall(Re=450,We=6.5,CA=90°)图13给出了两个工况下无量纲扩展长度随无量纲时间的变化关系。从图中可以看出：两个工况下的无量纲润湿长度在初期均呈现出先上升后下降的趋势，曲线在振荡中最终趋于稳定。可以看出在较高雷诺数的工况下，振荡周期略长，在第一个震荡周期内，高雷诺数的工况振幅偏校图13无量纲润湿长度随无量纲时间的变化关系Fig.13Therelationshipbetweendimensionlesswettinglengthanddimensionlesstime

李培生，等：基于LBM伪势模型下的三维大密度液滴撞击壁面数值研究535WeOhDRe(19)式中：U为液滴初始速度，D为液滴直径，ν为液滴运动黏度，ρ为液滴密度，σ为液滴表面张力。为了确定液滴的初始位置，分别定义液滴初始无量纲位置参数如下1LD(20)2hD(21)本文所有无量纲长度与速度在计算过程中均是采用格子单位计算而来。图1单液滴与双液滴撞击固体壁面示意图Fig.1Schematicdiagramofsingleanddoubledropletimpactingonsolidwall三维MRT弛豫时间设定为1.0pj，1e11.1，11.1q，11.2xyz，其中气液黏度比设定为10。温度比设定为cT/T0.50，接下来将分别开展液滴Re数、We数、气-液运动黏度比、气-液密度比和几何无量纲参数对液滴撞击固体颗粒的动力学特性的研究。为了更加清晰地描述液滴在撞击过程中两相界面拉伸与断裂随时间的变化过程，如图2所示，定义液滴沿水平方向扩展的最大界面宽度为D′，并定义水平无量纲扩展参数如下D"DD(22)图2液滴撞击固体后液膜水平和竖直拉伸长度Fig.2Horizontalandverticaltensilelengthofliquidfilmafterthedropletimpactsthesolid本文中使用的三维MRT-LBM模型模拟大密度比液滴碰撞时所采用的无量纲参数以及物性参数值如下：Re=600，We=11.56，运动黏度比为15，接触角为90°，密度比设定为720。1.3模型验证为了验证本文的三维MRT-LBM的准确性，对上文提到的方案进行了三维数值模拟，并与前人的研究结果进?


本文编号：3530044