竖直矩形窄通道内气泡行为的数值研究
发布时间：2021-02-16 01:56
本文以Fluent为平台,针对两相流中气泡的运动过程建立了 VOF模型,采用PLIC方法追踪界面的运动,结合考虑了表面张力的动量方程,分别对二维气泡在仅有重力作用及摇摆作用两种情况下的运动特性进行数值模拟探究。研究结果所得到的自由流域内气泡上升过程的变形特性以及表面张力对气泡变形的影响都与其他文献的实验结果和数值结果一致性较好。文章对窄通道内不同尺寸气泡的上升过程进行了模拟以研究壁面对气泡的影响,分析了窄通道内气泡上升运动的变形过程以及气泡周围的流场分布特性,发现窄通道内气泡更容易维持圆形,气泡尾部射流方向与自由流域情况方向相反,并定性地分析了窄通道对气泡上升速度的影响。对于同一管道内分布多个气泡的情况,研究了窄通道内上下分布的两气泡之间的相互作用以及气泡分布情况。发现窄通道会阻碍气泡的追击,当管道内,静水环境中同一水平位置均匀分布多个气泡时,气泡上升一段时间后会呈U型分布。在工程中,摇摆情况十分常见,因此本文对摇摆情况的气泡运动特性进行了模拟,通过摇摆条件下的受力分析以及动网格动量方程的求解,验证了动网格模型在摇摆情况的适用性,对摇摆中心位于管道不同位置的两种情况进行了模拟,通过分析...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１计算网格模型??
?ｄｘ?ｄｙ??采用图２．２所示的交错网格，深蓝色表示水所占用的体积，采用一阶差分格式，则??方程（２－１）的差分形式为：??＜－＜，，（?〇?（２＿２）??Ａｔ?Ａｘｆ?Ａｙｙ??（ｉ，?ｊ＋１）?（ｉ＋１，ｊ十?１）??ｒＦＨ＾ｆ??卜ｔ；?＞／??卜—ｕ冉夫ｒ??ｉ—??厂―Ｋ?Ｉ冬??图２．２网格单元上的变量图??其中Ａ和Ａ为通过网格单元边界的流通量，图中箭头方向表示流通量方向。其积分??形式为：??＾?２?１?（２－３）??８?—??ＩＡ?ｕ?１?ｄｘｄｔ??Ａ／Ａｘ，?Ｊ?Ｊ?＾?ｓ＇ｙ＾??液相体积分数方程与气相体积分数方程具有相同的形式，由于两相的体积分数满足??？；＋＼＝１的关系，在计算时，往往只有其中一相的体积分数被追踪，在其他控制方程??中的一些物性参数是由存在于每一控制体体积中的分相决定的。如果气相体积分数被跟??踪
??设网格中心的法向为０?＝?＾１／２；＋１／２，＜１／２＿；），计算网格如图２．２所示，步长为Ａ。那??么：??ｎＭ／２Ｊ＋＼／２?＝?—?（？，＋ｕ?－?ａ，ｊ?＋?？，＋１＞７＋１?－?ａ，Ｊ＋＼?）??＾?＇?（２－１８）??＜ｉ／２Ｊ＋ｌ／２?＝?＾（ａＵ＾?￣?ａ＇Ｊ?＋?￣?）??则网格中心法向量６可由４个角点处的５确定??＝?￣＾｛＾Ｍ／２Ｊ－ｌ／２?＋?＾ｉ－＼／２Ｊ－＼／２?＋?＾／＋ｌ／２Ｊ＋Ｉ／２＾／－ｌ／２Ｊ＋ｌ／２?）?（２－１９）??第二步是通过上面的计算所得到的面上的法向和切向速度分布及所确定的线性界??面来计算穿过每个面的流体的对流量：??根据法线方向可以确定界面与Ｘ轴的夹角０，??ｆ??９?＝?ｔａｎ＇１?——?（２－２０）??ｌ?）??同时考虑网格内的各相的比例应满足各相的体积分数，便可求出界面在网格内的形??状，构造出网格内的界面。通过翻转及对称，界面在网格内的形式大致可分为图２．３中??的四种情况。????（１）?（２）??１＼?｜＼??１?＼?Ｉ?＼??（３）?（４）??图２．３四种界面情况??第三步是利用前面两个步骤计算得到的通量来平衡计算每个单元的体积分数：??计算在一个时间步长内，流过四周边界的相邻网格的各相的体积量，然后修改本网??格和四周相邻网格的各相体积函数，迭代求解。??１８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CLSVOF方法的三维单个上升气泡运动的数值模拟[J]. 廖斌,陈善群. 水动力学研究与进展A辑. 2012(03)
[2]静水中气泡上升规律的研究和实验[J]. 李奥典,韦衡. 山西水利科技. 2012(02)
[3]基于DPIV的微气泡瞬态数密度与粒径谱测量研究[J]. 周云超,杜永成,杨立. 机电工程技术. 2012(02)
[4]可压缩流场中气泡脉动数值模拟[J]. 王诗平,孙士丽,张阿漫,陈玉. 力学学报. 2012(03)
[5]摇摆作用下矩形流道内单相流动与换热数值模拟[J]. 魏敬华,潘良明,徐建军,黄彦平. 核科学与工程. 2011(04)
[6]摇摆状态下窄矩形通道内两相流流型特性研究[J]. 王广飞,阎昌琪,曹夏昕,谢清清. 原子能科学技术. 2011(11)
[7]基于水动力学计算的气泡上升规律研究[J]. 缴健,何生荣,李玉婷,罗玉峰. 水利信息化. 2011(03)
[8]矩形小通道内气液两相流垂直向上流动特性[J]. 周云龙,王红波. 化工学报. 2011(05)
[9]SURFACE TENSION EFFECTS ON THE BEHAVIOR OF TWO RISING BUBBLES[J]. WANG Han State Nuclear Power Technology Corporation Research and Development Centre, SNPTRD, Beijing 100190, China, ZHANG Zhen-yu Department of Mathematics, Shanghai University of Finance and Economics, Shanghai 200433, China YANG Yong-ming, ZHANG Hui-sheng Department of Mechanics and Engineering Science, Fudan University, Shanghai 200433, China. Journal of Hydrodynamics. 2011(02)
[10]矩形截面微通道内气-液两相流压力降的实验测定及关联（英文）[J]. 马友光,季喜燕,王东继,付涛涛,朱春英. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2010(06)
博士论文
[1]T型微通道内液滴及气泡生成机理的研究[D]. 陈彬剑.山东大学 2011
[2]鼓泡塔反应器气液两相流数值模拟模型及应用[D]. 李光.华东理工大学 2010
[3]含液多相体系中气泡聚并行为的研究[D]. 朱丽.天津大学 2004
[4]鼓泡塔气液两相流的数值模拟与实验研究[D]. 王树立.大连理工大学 2002
硕士论文
[1]自然循环条件下的气泡行为研究[D]. 许超.哈尔滨工程大学 2010
[2]单孔气泡动力学行为的VOF数值模拟[D]. 马斗.天津大学 2009
[3]摇摆对竖直管过冷沸腾气泡脱离点影响的研究[D]. 王成章.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3035933
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１计算网格模型??
?ｄｘ?ｄｙ??采用图２．２所示的交错网格，深蓝色表示水所占用的体积，采用一阶差分格式，则??方程（２－１）的差分形式为：??＜－＜，，（?〇?（２＿２）??Ａｔ?Ａｘｆ?Ａｙｙ??（ｉ，?ｊ＋１）?（ｉ＋１，ｊ十?１）??ｒＦＨ＾ｆ??卜ｔ；?＞／??卜—ｕ冉夫ｒ??ｉ—??厂―Ｋ?Ｉ冬??图２．２网格单元上的变量图??其中Ａ和Ａ为通过网格单元边界的流通量，图中箭头方向表示流通量方向。其积分??形式为：??＾?２?１?（２－３）??８?—??ＩＡ?ｕ?１?ｄｘｄｔ??Ａ／Ａｘ，?Ｊ?Ｊ?＾?ｓ＇ｙ＾??液相体积分数方程与气相体积分数方程具有相同的形式，由于两相的体积分数满足??？；＋＼＝１的关系，在计算时，往往只有其中一相的体积分数被追踪，在其他控制方程??中的一些物性参数是由存在于每一控制体体积中的分相决定的。如果气相体积分数被跟??踪
??设网格中心的法向为０?＝?＾１／２；＋１／２，＜１／２＿；），计算网格如图２．２所示，步长为Ａ。那??么：??ｎＭ／２Ｊ＋＼／２?＝?—?（？，＋ｕ?－?ａ，ｊ?＋?？，＋１＞７＋１?－?ａ，Ｊ＋＼?）??＾?＇?（２－１８）??＜ｉ／２Ｊ＋ｌ／２?＝?＾（ａＵ＾?￣?ａ＇Ｊ?＋?￣?）??则网格中心法向量６可由４个角点处的５确定??＝?￣＾｛＾Ｍ／２Ｊ－ｌ／２?＋?＾ｉ－＼／２Ｊ－＼／２?＋?＾／＋ｌ／２Ｊ＋Ｉ／２＾／－ｌ／２Ｊ＋ｌ／２?）?（２－１９）??第二步是通过上面的计算所得到的面上的法向和切向速度分布及所确定的线性界??面来计算穿过每个面的流体的对流量：??根据法线方向可以确定界面与Ｘ轴的夹角０，??ｆ??９?＝?ｔａｎ＇１?——?（２－２０）??ｌ?）??同时考虑网格内的各相的比例应满足各相的体积分数，便可求出界面在网格内的形??状，构造出网格内的界面。通过翻转及对称，界面在网格内的形式大致可分为图２．３中??的四种情况。????（１）?（２）??１＼?｜＼??１?＼?Ｉ?＼??（３）?（４）??图２．３四种界面情况??第三步是利用前面两个步骤计算得到的通量来平衡计算每个单元的体积分数：??计算在一个时间步长内，流过四周边界的相邻网格的各相的体积量，然后修改本网??格和四周相邻网格的各相体积函数，迭代求解。??１８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CLSVOF方法的三维单个上升气泡运动的数值模拟[J]. 廖斌,陈善群. 水动力学研究与进展A辑. 2012(03)
[2]静水中气泡上升规律的研究和实验[J]. 李奥典,韦衡. 山西水利科技. 2012(02)
[3]基于DPIV的微气泡瞬态数密度与粒径谱测量研究[J]. 周云超,杜永成,杨立. 机电工程技术. 2012(02)
[4]可压缩流场中气泡脉动数值模拟[J]. 王诗平,孙士丽,张阿漫,陈玉. 力学学报. 2012(03)
[5]摇摆作用下矩形流道内单相流动与换热数值模拟[J]. 魏敬华,潘良明,徐建军,黄彦平. 核科学与工程. 2011(04)
[6]摇摆状态下窄矩形通道内两相流流型特性研究[J]. 王广飞,阎昌琪,曹夏昕,谢清清. 原子能科学技术. 2011(11)
[7]基于水动力学计算的气泡上升规律研究[J]. 缴健,何生荣,李玉婷,罗玉峰. 水利信息化. 2011(03)
[8]矩形小通道内气液两相流垂直向上流动特性[J]. 周云龙,王红波. 化工学报. 2011(05)
[9]SURFACE TENSION EFFECTS ON THE BEHAVIOR OF TWO RISING BUBBLES[J]. WANG Han State Nuclear Power Technology Corporation Research and Development Centre, SNPTRD, Beijing 100190, China, ZHANG Zhen-yu Department of Mathematics, Shanghai University of Finance and Economics, Shanghai 200433, China YANG Yong-ming, ZHANG Hui-sheng Department of Mechanics and Engineering Science, Fudan University, Shanghai 200433, China. Journal of Hydrodynamics. 2011(02)
[10]矩形截面微通道内气-液两相流压力降的实验测定及关联（英文）[J]. 马友光,季喜燕,王东继,付涛涛,朱春英. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2010(06)
博士论文
[1]T型微通道内液滴及气泡生成机理的研究[D]. 陈彬剑.山东大学 2011
[2]鼓泡塔反应器气液两相流数值模拟模型及应用[D]. 李光.华东理工大学 2010
[3]含液多相体系中气泡聚并行为的研究[D]. 朱丽.天津大学 2004
[4]鼓泡塔气液两相流的数值模拟与实验研究[D]. 王树立.大连理工大学 2002
硕士论文
[1]自然循环条件下的气泡行为研究[D]. 许超.哈尔滨工程大学 2010
[2]单孔气泡动力学行为的VOF数值模拟[D]. 马斗.天津大学 2009
[3]摇摆对竖直管过冷沸腾气泡脱离点影响的研究[D]. 王成章.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3035933
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