多相流普遍存在于自然界和工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域中,如水力機械、船舶海洋及能源開發(fā)等,開展多相流相關(guān)機理研究,對改進生產(chǎn)技術(shù),推動社會進步具有重要意義。多相流是研究氣態(tài)、液態(tài)及固態(tài)物質(zhì)混合流動的學(xué)科,涉及到兩種以上不同相態(tài)組分物質(zhì)共存并有明確分界面,如氣泡界面、自由液面及其共存系統(tǒng)等。因此多界面耦合特性分析是以工程應(yīng)用為背景的多相流的主要研究內(nèi)容,也是多相流研究的一個重難點問題。水下機械設(shè)備在與流體相互作用時,往往會伴隨著氣泡的產(chǎn)生,如水輪機中的氣泡及螺旋槳附近的空化氣泡等,這些現(xiàn)象輕者會引發(fā)結(jié)構(gòu)物振動,重者會造成結(jié)構(gòu)物侵蝕、損毀。本論文以水輪機、艦船及螺旋槳系統(tǒng)中涉及到的氣-液-固三相耦合系統(tǒng)為研究背景,從氣泡-氣泡、氣泡-自由面、固體-自由面耦合三方面入手,借助格子Boltzmann方法對實際工程應(yīng)用系統(tǒng)中涉及到的多界面耦合問題展開了系統(tǒng)的研究。由于多界面耦合過程中涉及到大變形、強間斷等非線性問題,傳統(tǒng)的有限元等宏觀方法在處理該類問題上具有一定的局限性。格子Boltzmann方法是一種介觀層面上的無網(wǎng)格方法,以分子動力學(xué)和統(tǒng)計力學(xué)為基礎(chǔ),用簡單規(guī)則的微觀粒子運動代替復(fù)雜的宏觀流動,克服了...

【文章頁數(shù)】：104 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究的目的與意義
    1.2 格子Boltzmann方法的發(fā)展歷程
    1.3 多界面耦合運動的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 氣-液耦合運動研究方法
        1.3.2 氣-液-固耦合運動研究方法
        1.3.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 格子Boltzmann方法的基本原理
    2.1 引言
    2.2 格子Boltzmann方法
        2.2.1 Boltzmann方程
        2.2.2 格子Boltzmann方程
        2.2.3 格子Boltzmann方程的基本模型
    2.3 基本邊界處理方法
        2.3.1 啟發(fā)式格式
        2.3.2 動力學(xué)格式
        2.3.3 運動邊界
    2.4 兩相流程序設(shè)計流程及驗證
        2.4.1 計算域及邊界有效性驗證
        2.4.2 兩相流程序設(shè)計流程
        2.4.3 圓柱繞流算例驗證
    2.5 本章小結(jié)
第3章 基于單相自由面模型的氣泡運動分析
    3.1 引言
    3.2 單相自由面模型
        3.2.1 界面移動量的計算
        3.2.2 重建分布函數(shù)
        3.2.3 標志重新初始化
    3.3 單氣泡上浮模型的建立與驗證
        3.3.1 引入表面張力模型
        3.3.2 氣泡上浮模型的建立
        3.3.3 模型驗證
    3.4 單氣泡上浮運動特性研究
        3.4.1 不同半徑氣泡的上浮運動特性分析
        3.4.2 不同粘度氣泡的上浮運動特性分析
        3.4.3 不同表面張力系數(shù)氣泡的上浮運動特性分析
    3.5 氣泡出水過程分析
        3.5.1 模型建立與原理分析
        3.5.2 氣泡破裂現(xiàn)象分析
        3.5.3 不同參數(shù)的氣泡破裂現(xiàn)象分析
    3.6 本章小結(jié)
第4章 基于單相自由面模型的氣泡耦合運動分析
    4.1 引言
    4.2 界面不穩(wěn)定現(xiàn)象簡述
        4.2.1 氣泡的撕裂現(xiàn)象
        4.2.2 氣泡的融合現(xiàn)象
    4.3 相同半徑雙氣泡的耦合分析
        4.3.1 并排放置雙氣泡耦合分析
        4.3.2 豎直放置雙氣泡耦合分析
        4.3.3 斜對角放置雙氣泡耦合分析
    4.4 不同半徑雙氣泡的耦合分析
        4.4.1 并排放置雙氣泡耦合分析
        4.4.2 豎直放置雙氣泡耦合分析
        4.4.3 斜對角放置雙氣泡耦合分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 基于格子Boltzmann方法的結(jié)構(gòu)入水耦合分析
    5.1 引言
    5.2 結(jié)構(gòu)物入水沖擊的基本模型
        5.2.1 氣-液-固三相耦合模型
        5.2.2 流場作用力的計算
    5.3 模型建立與程序驗證
        5.3.1 結(jié)構(gòu)物入水模型
        5.3.2 入水沖擊算例驗證
    5.4 粘度對結(jié)構(gòu)入水的影響
    5.5 表面張力對結(jié)構(gòu)入水的影響
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
致謝



本文編號：3875973