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Marangoni效應(yīng)下氣泡上升過程的FTM模擬

發(fā)布時(shí)間:2021-02-17 00:28
  采用界面跟蹤法FTM(Front-Tracking Method),并結(jié)合CSF(continuum surface force)模型,研究了在垂直方向上溫度分布不均勻的對(duì)稱流場(chǎng)中由Marangoni效應(yīng)引起的氣泡上升運(yùn)動(dòng)問題。模擬了在不同的M a數(shù)和Pr數(shù)下單氣泡及同軸雙氣泡的運(yùn)動(dòng)。研究結(jié)果表明,在不同的M a數(shù)下氣泡的運(yùn)動(dòng)差異較大,M a數(shù)越大,氣泡運(yùn)動(dòng)至穩(wěn)態(tài)時(shí)的速度越大,且氣泡運(yùn)動(dòng)的最大速度值與M a數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系;增大Pr數(shù)所造成的粘度增大或熱擴(kuò)散率減小將削弱氣泡的遷移運(yùn)動(dòng);Marangoni對(duì)流中雙氣泡的局部運(yùn)動(dòng)證實(shí)了溫度梯度和氣泡運(yùn)動(dòng)速度緊密相關(guān)。 

【文章來源】:計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào). 2019,36(01)北大核心

【文章頁數(shù)】:7 頁

【部分圖文】:

Marangoni效應(yīng)下氣泡上升過程的FTM模擬


圖1氣泡上升物理模型

氣泡圖,氣泡,遷移距離


下的熱毛細(xì)遷移距離較短。圖5相同工況下的溫度梯度分布能很好地解釋這一現(xiàn)象。Pr數(shù)增大意味著粘度增大或熱擴(kuò)散系數(shù)減小,此時(shí)流體的傳熱能力減小,氣泡上下溫度梯度減小,Marangoni效應(yīng)形成的驅(qū)動(dòng)力減弱,故熱毛細(xì)遷移距離變短。圖6給出了Pr數(shù)分別為0.64,1和4三種工況下速度隨時(shí)間的變化過程。與圖3的結(jié)果類似,氣泡的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)連續(xù)平穩(wěn)的過程,沒有發(fā)生突變。氣泡加速至穩(wěn)定狀態(tài)后,其運(yùn)動(dòng)速度保持基本不變。比較發(fā)現(xiàn),Pr數(shù)越大,氣泡的運(yùn)動(dòng)速度越校圖2不同時(shí)刻氣泡界面形態(tài)(Ma=1536)Fig.2ShapeofbubbleinterfaceatdifferenttimewhenMa=1536圖3Ma=1280,1538和1792時(shí)的氣泡速度曲線Fig.3BubblevelocitycurveforMa=1280,1538and1792圖4平衡速度與Ma數(shù)的散點(diǎn)擬合Fig.4ScatterplotsofequilibriumvelocitywithManumberandit’sfittingcurve45計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào)第36卷

曲線,界面形態(tài),氣泡


下的熱毛細(xì)遷移距離較短。圖5相同工況下的溫度梯度分布能很好地解釋這一現(xiàn)象。Pr數(shù)增大意味著粘度增大或熱擴(kuò)散系數(shù)減小,此時(shí)流體的傳熱能力減小,氣泡上下溫度梯度減小,Marangoni效應(yīng)形成的驅(qū)動(dòng)力減弱,故熱毛細(xì)遷移距離變短。圖6給出了Pr數(shù)分別為0.64,1和4三種工況下速度隨時(shí)間的變化過程。與圖3的結(jié)果類似,氣泡的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)連續(xù)平穩(wěn)的過程,沒有發(fā)生突變。氣泡加速至穩(wěn)定狀態(tài)后,其運(yùn)動(dòng)速度保持基本不變。比較發(fā)現(xiàn),Pr數(shù)越大,氣泡的運(yùn)動(dòng)速度越校圖2不同時(shí)刻氣泡界面形態(tài)(Ma=1536)Fig.2ShapeofbubbleinterfaceatdifferenttimewhenMa=1536圖3Ma=1280,1538和1792時(shí)的氣泡速度曲線Fig.3BubblevelocitycurveforMa=1280,1538and1792圖4平衡速度與Ma數(shù)的散點(diǎn)擬合Fig.4ScatterplotsofequilibriumvelocitywithManumberandit’sfittingcurve45計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào)第36卷

【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
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[6]Marangoni效應(yīng)對(duì)降膜加熱流動(dòng)的影響[J]. 張鋒,耿皎,馬少玲,張志炳.  化工學(xué)報(bào). 2005(09)
[7]伴有Marangoni效應(yīng)的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)[J]. 沙勇,成弘,袁希鋼,余國(guó)琮.  化工學(xué)報(bào). 2003(11)
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本文編號(hào):3037151

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