發(fā)布時間：2020-04-18 02:11

【摘要】：多相流普遍存在于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中,它主要是研究具有兩種以上的不同相態(tài)的多相流體運動。在計算流體力學(xué)中,借助數(shù)值模擬技術(shù)不斷發(fā)展成為一種可靠的交叉學(xué)科,其高效性、精確性和擴展性也被普遍證實,它在多相流研究中得到了廣泛的應(yīng)用。近三十年來,晶格Boltzmann方法已經(jīng)成為一種新的計算流體力學(xué)方法,它起源于分子動理論和格子氣自動機,使用介觀的動理學(xué)方程模擬研究宏觀的流體行為,具有宏觀和微觀方法的優(yōu)勢。該方法在多相流研究領(lǐng)域中取得了突出的貢獻,優(yōu)勢為:1.算法比傳統(tǒng)模型更為簡單,不需對復(fù)雜宏觀的Navier-Stokes方程求解,只需對晶格Boltzmann方程求解;2.復(fù)雜的幾何邊界得到有效處理;3.由于LBM的演化具有局域性,非常適合于高性能并行計算。本文采用基于化學(xué)勢晶格Bolzmann方法的多相流模型,模擬研究了接觸角現(xiàn)象,對微觀接觸角形態(tài)、接觸角測量和接觸角的運動進行了深入分析�；瘜W(xué)勢作為一個重要的熱力學(xué)強度量,代表定壓下的偏摩爾吉布斯自由能,在處理相變和化學(xué)變化的問題時具有重要意義。本文直接從化學(xué)勢出發(fā)計算非理想力,再將非理想力作用于晶格Bolzmann方程中,這樣避免了計算壓力張量及其散度,因此具有更高的數(shù)值計算效率;還從自由能密度函數(shù)出發(fā)計算出了幾個常用的流體狀態(tài)方程化學(xué)勢。并結(jié)合化學(xué)勢邊界條件用于研究固體表面的潤濕性,測量的接觸角可以通過表面化學(xué)勢線性調(diào)節(jié)。接觸角在表面濕潤、毛細(xì)現(xiàn)象和移動接觸線等問題中是基本的特征量。接觸角是氣液固三相相互作用的結(jié)果,雖然數(shù)值計算中已經(jīng)可以有效的模擬接觸角現(xiàn)象,可是接觸角還不能夠被實時地精確測量。本文中設(shè)計了一種幾何的方法來實時測量接觸角。在忽略重力條件下,該方法計算結(jié)果與球冠模型的理論預(yù)期保持高度一致,而且不受液滴大小的影響;在考慮重力條件下,雖然液滴呈明顯的變形,但是測量所得的微觀接觸角保持不變,與理論預(yù)期相吻合。當(dāng)基板傾斜時,液滴會滑過具有不同化學(xué)勢的親疏水條帶,實驗發(fā)現(xiàn)前進角逐漸增大伴隨著后退角逐漸減小,并且前進角和后退角變化不同步,從而導(dǎo)致接觸角波動狀態(tài)。在動態(tài)接觸角遲滯中,前進角與后退角之間有一個微小的相位差,造成了液滴滑動時的高階波動形象,該方法能夠?qū)崟r的測量接觸角。本文在理論和數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,分別驗證了基于化學(xué)勢多相流模型的主要特點與優(yōu)勢:1、化學(xué)勢多相流模型的構(gòu)建,直接利用化學(xué)勢計算非理想力,再將非理想力作用于晶格Boltzmann方程中。在計算時間和空間上具有更高效性,因為他避免了計算壓力張量及其散度。2、化學(xué)勢多相流模型具有理論堅實,概念清晰,計算效率高。本文選擇最常用的幾種流體狀態(tài)方程所對應(yīng)的化學(xué)勢,算出來的實驗值與Maxwell等面積構(gòu)造的解進行比較,從模擬數(shù)值結(jié)果上驗證該模型不僅具有熱力學(xué)一致性和伽利略不變性,而且還具有很好的穩(wěn)定性和高精度。3、基于化學(xué)勢的多相流模型和球冠模型模擬的計算數(shù)據(jù)進行對比驗證,發(fā)現(xiàn)模擬計算出來的數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)的球冠模型的數(shù)據(jù)高度吻合,為實時測量研究接觸角有了堅實的基礎(chǔ)。由于化學(xué)勢可以線性調(diào)節(jié)潤濕性的程度,在介觀結(jié)構(gòu)下測量接觸角,發(fā)現(xiàn)化學(xué)勢模型計算結(jié)果具有更高的精確性和高效性。4、基于化學(xué)勢晶格Boltzmann多相流模型的初步應(yīng)用,在化學(xué)異構(gòu)表面上接觸角的測量。對于給定的液滴,在沒有重力下,與球冠模型完全吻合,說明化學(xué)勢多相流模型可以精確的測量接觸角;在有重力下,我們模擬了不同半徑的液滴,與球冠模型進行數(shù)值對照,發(fā)現(xiàn)基于化學(xué)勢多相流模型測量接觸角幾乎不變。分別對靜態(tài)接觸角遲滯和動態(tài)接觸角遲滯做了大量的模擬實驗,用數(shù)值模擬做了嚴(yán)格的分析與研究。利用化學(xué)勢線性調(diào)節(jié)液滴表面的潤濕性,可以準(zhǔn)確的計算出前進角和后退角。對于動態(tài)接觸角,還研究了動態(tài)接觸角的軌跡及遲滯波動的規(guī)律。
【圖文】：

]22()())[122RTuRTeuRTeuiii 有廣泛的應(yīng)用價值，，其中DnQm模型平]22()[122422ssisiicuceuceu 權(quán)系數(shù)，sc 為晶格速度。該參數(shù)的選取下的需求，有許多不同維度的模型被發(fā)二維 D 2Q5、D 2Q7、D 2Q9、D 2Q13、D 2的晶格 Boltzmann 模型中，ie 代表速度為了研究的需求與可靠性采用了常用的

圖 2.2 D3 Q19模型 2,7~181,1~60,0iii ,7~18361,1~6181,031iiii 流體流動時，邊界條件起著非常重要的作用。邊界條件重要步驟，選取邊界恰當(dāng)與否直接影響著數(shù)值模擬的正確點采用碰撞遷移規(guī)則進行演化，邊界條件的作用是可以布函數(shù)，但相鄰邊界流體點的分布函數(shù)未知。晶格Boltz點的已知分布函數(shù)計算相鄰邊界的未知分布函數(shù)。介紹
【學(xué)位授予單位】：廣西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O359

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前6條

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本文編號：2631586