切割网格方法及激波与气泡相互作用研究

发布时间：2017-12-09 18:17

  本文关键词：切割网格方法及激波与气泡相互作用研究

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【摘要】：本文针对可压缩流动中具有界面拓扑结构变化的流动问题,发展了一种具有高分辨率、数值健壮性好、能够处理大密度比的可压缩两相流动的切割网格方法,并将其用于强激波诱导的气泡塌陷问题。主要工作如下：(1)发展了一种新型网格切割方法,可有效地处理含界面拓扑变化的二维可压缩两相流问题。文中提出了一种新的界面非结构单元生成策略,避免了由于界面切割笛卡尔单元而形成小单元,且易于处理大的拓扑结构变化。同时还提出了一种Level-Set的再初始化方法,避免了在网格解析度不高时传统的再初始化方法与守恒型界面处理方法耦合后所造成的压力和密度严重失真。大量的验证算例(包括激波同He气泡、SF6气泡作用问题,气泡塌陷问题,水下爆炸问题等)证实了该算法的可靠性。(2)针对典型可压缩两相流动,对比了切割网格方法、修正的虚拟流体方法以及扩散界面方法等数值方法的性能,如界面位置收敛精度、质量守恒性、界面分辨率和计算效率。数值测试算例包括单模界面的Richtmyer-Meshkov不稳定性,激波同SF6气柱作用,水中气泡的Rayleigh塌陷和激波诱导的塌陷。(3)研究了附着刚性壁面二维气泡在初始平面激波诱导下产生塌陷的动力学过程。通过研究发现了三种典型的流动模态,并给出了三种模态随初始激波强度和初始气泡形态的变化相图。进而分析了各模态典型的波系结构和气泡演化过程,探讨了初始激波和初始气泡形态对模态的影响特性。揭示了初始参数对射流最大速度、水锤激波强度、壁面压力和塌陷时间的影响规律,还分析比较了轴对称塌陷中壁面压力和塌陷时间同二维问题的不同。(4)研究了二维椭圆气泡在初始平面强激波作用下的射流发展和气泡塌陷过程。通过研究发现了两种典型的气泡演化模态,给出了初始激波强度和椭圆半长轴比对模态的影响,分析了相应的典型波系结构。研究发现在椭圆气泡塌陷过程中,出现了不同于球形／柱形气泡的波系结构,发现了侧向水锤激波、气泡侧面与射流入口附近形成的小激波和射流出口附近形成的小激波,进而解释了小激波出现的原因。文中还揭示了射流头部不稳定性的发展规律,分析了涡量和环量的演化机理。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O359

【参考文献】

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1 M.A.ULLAH;高文斌;茅德康;;Numerical simulations of Richtmyer-Meshkov instabilities using conservative front-tracking method[J];Applied Mathematics and Mechanics(English Edition);2011年01期

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本文编号：1271374