氣液相變廣泛存在于自然現(xiàn)象和實際應用中。深入研究其現(xiàn)象和機理,具有重要的實際意義和科學價值。氣液界面的處理是其中一個難點,尤其當研究尺度下降到界面厚度時,傳統(tǒng)的突變界面法就會失效,因此需要一種能夠描述連續(xù)密度梯度的擴散界面方法。另外,固壁面的濕潤度對微尺度下的液體運動和相變也具有重要影響。本文將建立一種基于擴散界面的SPH多相流模型,與可變濕潤度固壁面的邊界處理方法,以實現(xiàn)氣液相變的直接數(shù)值模擬。基于擴散界面的SPH模型采用了單組分的流體控制方程來描述氣液兩相的運動,以范德華方程作為真實流體的狀態(tài)方程,并在動量方程中耦合Korteweg張量來實現(xiàn)氣液相間的擴散界面。采用SPH粒子方法對拉格朗日形式的流體控制方程進行了離散,并對算法進行了優(yōu)化。同時,提出了第二類邊界條件模型,以及表面濕潤度模型。通過雙邊表達形式,將固體壁面處理成帶有一定擴散厚度的流固界面。采用多個基礎算例,驗證了該SPH模型在描述氣液相變系統(tǒng)、第二類邊界條件、變濕潤度表面、以及流動問題等方面的準確性。基于該模型,我們研究了液滴在真空和低壓下自發(fā)的氣液分離過程,液滴在濕潤度梯度表面上的自發(fā)融合過程,以及三維水膜在親疏水壁面...

【文章來源】： 浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：166 頁

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
符號說明
1. 緒論
    1.1. 氣液相變的工業(yè)背景
        1.1.1. 沸騰換熱
        1.1.2. 沸騰爆炸
        1.1.3. 懸浮等離子噴涂
    1.2. 界面的處理方法
        1.2.1. 突變界面
        1.2.2. 擴散界面
        1.2.3. 固壁邊界
    1.3. 數(shù)值模擬方法
        1.3.1. 分子動力學
        1.3.2. 格子玻爾茲曼法
        1.3.3. 耗散粒子動力學
        1.3.4. 光滑粒子流體動力學
    1.4. 本文的主要內容和創(chuàng)新點
2. 相變和流體基本理論
    2.1. 氣液相變理論
        2.1.1. 范德華狀態(tài)方程
        2.1.2. 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、亞穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)
        2.1.3. 相變機制
    2.2. 流體力學理論
        2.2.1. Navier-Stokes-Korteweg方程
        2.2.2. 第二類邊界條件
    2.3. 本章小結
3. SPH數(shù)值方法
    3.1. SPH方法
        3.1.1. 基本思路
        3.1.2. 核函數(shù)的選擇
        3.1.3. 粒子近似
    3.2. 控制方程離散
        3.2.1. 離散形式
        3.2.2. 密度、速度和能量方程的離散
    3.3. 邊界模型的離散
        3.3.1. 第二類邊界條件
        3.3.2. 表面濕潤度
        3.3.3. 邊界粒子布置
    3.4. 數(shù)值算法
        3.4.1. 粒子搜索法
        3.4.2. 時間積分
    3.5. 本章小節(jié)
4. 模型驗證
    4.1. 范德華流體
        4.1.1. 初始設置
        4.1.2. 液滴的氣液分離
        4.1.3. 表面張力
        4.1.4. 飽和蒸汽壓
    4.2. 邊界模型
        4.2.1. 第二類邊界條件
        4.2.2. 表面濕潤度
    4.3. 流動問題
        4.3.1. 圓柱繞流
        4.3.2. 泊肅葉流動
    4.4. 本章小結
5. 液滴沸騰的氣液分離過程
    5.1. 引言
    5.2. 初始設置
    5.3. 液滴狀態(tài)的變化規(guī)律
        5.3.1. 沸騰現(xiàn)象
        5.3.2. 表面蒸發(fā)
        5.3.3. 內部成泡
        5.3.4. 破碎及爆炸
        5.3.5. 閃蒸沸騰
    5.4. 參數(shù)的影響
        5.4.1. 液滴的尺寸
        5.4.2. 液滴的初始形狀
        5.4.3. 導熱系數(shù)
    5.5. 結論
6. 變濕潤度固壁面上液滴的自發(fā)運動
    6.1. 引言
    6.2. 液滴移動
        6.2.1. 初始設置
        6.2.2. 液滴的移動規(guī)律
    6.3. 液滴融合
        6.3.1. 初始設置
        6.3.2. A型壁面液滴的融合規(guī)律
        6.3.3. B型壁面液滴的融合規(guī)律
        6.3.4. 溫度與親疏水的綜合影響
    6.4. 本章小結
7. 親疏水固壁面上水的三維液膜沸騰
    7.1. 引言
    7.2. 初始設置
        7.2.1. 導熱系數(shù)的修正
        7.2.2. 粒子及參數(shù)設置
    7.3. 局部加熱
    7.4. 整體加熱
        7.4.1. 表面蒸發(fā)
        7.4.2. 膜態(tài)沸騰
    7.5. 臨界熱流密度
        7.5.1. 整體加熱的臨界熱流密度
        7.5.2. 局部加熱的臨界熱流密度
    7.6. 親疏水固壁
        7.6.1. 濕潤度的影響
        7.6.2. 跳躍沸騰
    7.7. 本章小結
8. 總結與展望
    8.1. 全文總結
    8.2. 工作展望
參考文獻
作者簡介
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【參考文獻】：
博士論文
[1]基于范德瓦爾斯理論的氣液相變的SPH數(shù)值模擬研究[D]. 白玲.天津大學. 2014



本文編號：3529284