本文以Fluent為平臺,針對兩相流中氣泡的運(yùn)動過程建立了 VOF模型,采用PLIC方法追蹤界面的運(yùn)動,結(jié)合考慮了表面張力的動量方程,分別對二維氣泡在僅有重力作用及搖擺作用兩種情況下的運(yùn)動特性進(jìn)行數(shù)值模擬探究。研究結(jié)果所得到的自由流域內(nèi)氣泡上升過程的變形特性以及表面張力對氣泡變形的影響都與其他文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值結(jié)果一致性較好。文章對窄通道內(nèi)不同尺寸氣泡的上升過程進(jìn)行了模擬以研究壁面對氣泡的影響,分析了窄通道內(nèi)氣泡上升運(yùn)動的變形過程以及氣泡周圍的流場分布特性,發(fā)現(xiàn)窄通道內(nèi)氣泡更容易維持圓形,氣泡尾部射流方向與自由流域情況方向相反,并定性地分析了窄通道對氣泡上升速度的影響。對于同一管道內(nèi)分布多個氣泡的情況,研究了窄通道內(nèi)上下分布的兩氣泡之間的相互作用以及氣泡分布情況。發(fā)現(xiàn)窄通道會阻礙氣泡的追擊,當(dāng)管道內(nèi),靜水環(huán)境中同一水平位置均勻分布多個氣泡時,氣泡上升一段時間后會呈U型分布。在工程中,搖擺情況十分常見,因此本文對搖擺情況的氣泡運(yùn)動特性進(jìn)行了模擬,通過搖擺條件下的受力分析以及動網(wǎng)格動量方程的求解,驗(yàn)證了動網(wǎng)格模型在搖擺情況的適用性,對搖擺中心位于管道不同位置的兩種情況進(jìn)行了模擬,通過分析... 

【文章來源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１計算網(wǎng)格模型??

?ｄｘ?ｄｙ??采用圖２．２所示的交錯網(wǎng)格，深藍(lán)色表示水所占用的體積，采用一階差分格式，則??方程（２－１）的差分形式為：??＜－＜，，（?〇?（２＿２）??Ａｔ?Ａｘｆ?Ａｙｙ??（ｉ，?ｊ＋１）?（ｉ＋１，ｊ十?１）??ｒＦＨ＾ｆ??卜ｔ；?＞／??卜—ｕ冉夫ｒ??ｉ—??廠―Ｋ?Ｉ冬??圖２．２網(wǎng)格單元上的變量圖??其中Ａ和Ａ為通過網(wǎng)格單元邊界的流通量，圖中箭頭方向表示流通量方向。其積分??形式為：??＾?２?１?（２－３）??８?—??ＩＡ?ｕ?１?ｄｘｄｔ??Ａ／Ａｘ，?Ｊ?Ｊ?＾?ｓ＇ｙ＾??液相體積分?jǐn)?shù)方程與氣相體積分?jǐn)?shù)方程具有相同的形式，由于兩相的體積分?jǐn)?shù)滿足??？；＋＼＝１的關(guān)系，在計算時，往往只有其中一相的體積分?jǐn)?shù)被追蹤，在其他控制方程??中的一些物性參數(shù)是由存在于每一控制體體積中的分相決定的。如果氣相體積分?jǐn)?shù)被跟??蹤

??設(shè)網(wǎng)格中心的法向?yàn)椋?＝?＾１／２；＋１／２，＜１／２＿；），計算網(wǎng)格如圖２．２所示，步長為Ａ。那??么：??ｎＭ／２Ｊ＋＼／２?＝?—?（？，＋ｕ?－?ａ，ｊ?＋?？，＋１＞７＋１?－?ａ，Ｊ＋＼?）??＾?＇?（２－１８）??＜ｉ／２Ｊ＋ｌ／２?＝?＾（ａＵ＾?￣?ａ＇Ｊ?＋?￣?）??則網(wǎng)格中心法向量６可由４個角點(diǎn)處的５確定??＝?￣＾｛＾Ｍ／２Ｊ－ｌ／２?＋?＾ｉ－＼／２Ｊ－＼／２?＋?＾／＋ｌ／２Ｊ＋Ｉ／２＾／－ｌ／２Ｊ＋ｌ／２?）?（２－１９）??第二步是通過上面的計算所得到的面上的法向和切向速度分布及所確定的線性界??面來計算穿過每個面的流體的對流量：??根據(jù)法線方向可以確定界面與Ｘ軸的夾角０，??ｆ??９?＝?ｔａｎ＇１?——?（２－２０）??ｌ?）??同時考慮網(wǎng)格內(nèi)的各相的比例應(yīng)滿足各相的體積分?jǐn)?shù)，便可求出界面在網(wǎng)格內(nèi)的形??狀，構(gòu)造出網(wǎng)格內(nèi)的界面。通過翻轉(zhuǎn)及對稱，界面在網(wǎng)格內(nèi)的形式大致可分為圖２．３中??的四種情況。????（１）?（２）??１＼?｜＼??１?＼?Ｉ?＼??（３）?（４）??圖２．３四種界面情況??第三步是利用前面兩個步驟計算得到的通量來平衡計算每個單元的體積分?jǐn)?shù)：??計算在一個時間步長內(nèi)，流過四周邊界的相鄰網(wǎng)格的各相的體積量，然后修改本網(wǎng)??格和四周相鄰網(wǎng)格的各相體積函數(shù)，迭代求解。??１８??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于CLSVOF方法的三維單個上升氣泡運(yùn)動的數(shù)值模擬[J]. 廖斌,陳善群.  水動力學(xué)研究與進(jìn)展A輯. 2012(03)
[2]靜水中氣泡上升規(guī)律的研究和實(shí)驗(yàn)[J]. 李奧典,韋衡.  山西水利科技. 2012(02)
[3]基于DPIV的微氣泡瞬態(tài)數(shù)密度與粒徑譜測量研究[J]. 周云超,杜永成,楊立.  機(jī)電工程技術(shù). 2012(02)
[4]可壓縮流場中氣泡脈動數(shù)值模擬[J]. 王詩平,孫士麗,張阿漫,陳玉.  力學(xué)學(xué)報. 2012(03)
[5]搖擺作用下矩形流道內(nèi)單相流動與換熱數(shù)值模擬[J]. 魏敬華,潘良明,徐建軍,黃彥平.  核科學(xué)與工程. 2011(04)
[6]搖擺狀態(tài)下窄矩形通道內(nèi)兩相流流型特性研究[J]. 王廣飛,閻昌琪,曹夏昕,謝清清.  原子能科學(xué)技術(shù). 2011(11)
[7]基于水動力學(xué)計算的氣泡上升規(guī)律研究[J]. 繳健,何生榮,李玉婷,羅玉峰.  水利信息化. 2011(03)
[8]矩形小通道內(nèi)氣液兩相流垂直向上流動特性[J]. 周云龍,王紅波.  化工學(xué)報. 2011(05)
[9]SURFACE TENSION EFFECTS ON THE BEHAVIOR OF TWO RISING BUBBLES[J]. WANG Han State Nuclear Power Technology Corporation Research and Development Centre, SNPTRD, Beijing 100190, China, ZHANG Zhen-yu Department of Mathematics, Shanghai University of Finance and Economics, Shanghai 200433, China YANG Yong-ming, ZHANG Hui-sheng Department of Mechanics and Engineering Science, Fudan University, Shanghai 200433, China.  Journal of Hydrodynamics. 2011(02)
[10]矩形截面微通道內(nèi)氣-液兩相流壓力降的實(shí)驗(yàn)測定及關(guān)聯(lián)（英文）[J]. 馬友光,季喜燕,王東繼,付濤濤,朱春英.  Chinese Journal of Chemical Engineering. 2010(06)

博士論文
[1]T型微通道內(nèi)液滴及氣泡生成機(jī)理的研究[D]. 陳彬劍.山東大學(xué) 2011
[2]鼓泡塔反應(yīng)器氣液兩相流數(shù)值模擬模型及應(yīng)用[D]. 李光.華東理工大學(xué) 2010
[3]含液多相體系中氣泡聚并行為的研究[D]. 朱麗.天津大學(xué) 2004
[4]鼓泡塔氣液兩相流的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 王樹立.大連理工大學(xué) 2002

碩士論文
[1]自然循環(huán)條件下的氣泡行為研究[D]. 許超.哈爾濱工程大學(xué) 2010
[2]單孔氣泡動力學(xué)行為的VOF數(shù)值模擬[D]. 馬斗.天津大學(xué) 2009
[3]搖擺對豎直管過冷沸騰氣泡脫離點(diǎn)影響的研究[D]. 王成章.哈爾濱工程大學(xué) 2008



本文編號：3035933