為了解氣泡與壁面相互作用的物理機制和詳細動力學(xué)過程,對氣泡與壁面碰撞反彈的動力學(xué)過程進行了分析,綜述了理論模型的發(fā)展過程,并采用所建立的理論模型進行數(shù)值求解.當(dāng)毫米級氣泡以一定速度垂直撞擊壁面時,氣泡與壁面之間存在一層液膜,該液膜呈現(xiàn)多種形狀.氣泡的變形會改變薄膜內(nèi)壓強的分布,形成薄膜排水過程.氣泡在與壁面作用的過程中會反彈多次直至動能被完全消耗.在建立的動力學(xué)模型中,液膜厚度分布由Stokes-Reynolds方程描述,液膜內(nèi)壓強由Young-Laplace方程求得,在氣泡的軌跡模型中引入了由液膜內(nèi)壓強引起的壁面誘導(dǎo)力.結(jié)果表明:描述液膜厚度及膜內(nèi)壓強的SRYL模型能夠捕捉薄膜變化的動力學(xué)行為,基于薄膜潤滑近似的壁面誘導(dǎo)力模型可以較好地預(yù)測氣泡多次反彈的運動軌跡,壁面誘導(dǎo)力在氣泡撞擊壁面的過程中對氣泡運動起主導(dǎo)作用;隨著氣泡尺寸和雷諾數(shù)的增大,氣泡的反彈次數(shù)會逐漸增加,氣泡是否反彈以及反彈次數(shù)與雷諾數(shù)有著直接的關(guān)系. 

【文章來源】：北京理工大學(xué)學(xué)報. 2020,40(06)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

氣泡碰撞壁面系統(tǒng)示意圖

u= 1 2μ c (z 2 -hz) ?p ?r .?????? ??? (15)在純凈的流動系統(tǒng)中氣液交界面考慮為流動界面邊界條件,此時氣液交界面處的邊界條件為 ?u ?z =0 ,采用這一邊界條件將得到速度分布為

表1顯示了氣泡質(zhì)心軌跡的范數(shù)誤差和空間收斂階數(shù),參考值為節(jié)點數(shù)為800的計算結(jié)果. 可以看出,隨著空間節(jié)點數(shù)的增加,計算結(jié)果的范數(shù)誤差逐漸減小,質(zhì)心位置的收斂階數(shù)也逐步增加,在節(jié)點數(shù)為200時,接近2,當(dāng)節(jié)點數(shù)為600時,大于3. 同時可以看出采用不同范數(shù)誤差計算得到的收斂階數(shù)大小基本相同.圖5 不同空間節(jié)點數(shù)下氣泡質(zhì)心軌跡對比


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