气泡在朝下圆形表面上运动数值模拟

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Andylinzc
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复杂流场内的流体运动广泛见于工业、能源和环境等各个行业,在计算流体力学领域引起了广大学者的关注。以往关于复杂流动的研究,大多都局限于直角坐标系,导致复杂边界描述不准确,因此在贴体坐标下研究复杂通道内流场特性有很大的现实意义。为了研究具有复杂边界内的单相流场特性,分别运用GILBM和经典LBM两种方法研究了45。斜方腔顶盖驱动流和Roach通道内流动。当模拟Roach通道内流动时,在具有相同网格分辨率情况下,GILBM不仅计算效率高于经典LBM,而且通过分析边界涡量和边界压力,发现经典LBM也没有GILBM模拟的准确。对于45。斜方腔,分别取雷诺数等于100和1000两种情况进行模拟,结果表明:当Re=100时,经典LBM和GILBM两种方法的计算结果都能达到计算要求;当Re=1000时,无论是速度分布,还是涡中心位置的计算,GILBM的准确性都优于经典LBM。利用GILBM方法模拟30°斜方腔顶盖驱动流和圆柱扰流,比较计算结果与文献结果,验证了GILBM方法在网格不规则程度较高情况下计算的准确性和可行性,根据流场边界形状的复杂程度,网格划分和计算精确度的不同要求,经典LBM和GILBM各有利弊。另外,本文还尝试将贴体坐标与LBM两相流模型相结合,进行程序设计。通过Laplace定律、单气泡上升以及斜方腔内平移流场验证了该方法的可行性和程序的准确性。运用该方法对气泡沿曲面滑移过程进行模拟,分析计算结果,得出以下结论:气泡沿曲面滑移过程中,开始气泡变形较大,当运动到一定位置时,气泡会摆脱壁面的束缚,自由运动到流场中。为了进一步考察气泡运动规律,文中还给出了气泡的速度变化曲线,由于壁面的作用,气泡速度在运动过程中有波动。本文的计算结果表明,GILBM在计算单相复杂流动时是准确的,贴体坐标下的LBM两相流模型用来计算复杂通道是可行的,但是还比较粗糙,仍需要进一步完善。
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