【摘要】：本文采用VOF中的PLIC界面捕捉方法，結(jié)合考慮了表面張力的運(yùn)動方程，對重力場中單個(gè)氣泡和氣泡群的上升及變形運(yùn)動進(jìn)行了三維數(shù)值模擬研究，深入研究了曝氣池中氣泡在運(yùn)動過程中的動力學(xué)特性，主要的工作有： (1)對前人有關(guān)氣泡運(yùn)動的研究方法、內(nèi)容取得的進(jìn)展及成果進(jìn)行了較為全面地總結(jié)，指出借助于界面捕捉方法來研究氣泡動力學(xué)特性的必要性和可行性。 (2)建立基本控制方程組，詳細(xì)介紹了VOF中的PLIC界面捕捉方法的基本原理，并對模型進(jìn)行了驗(yàn)證。 (3)對單個(gè)氣泡的上升運(yùn)動進(jìn)行了三維數(shù)值模擬研究，考察了粘性、表面張力、密度比和粘度比對氣泡變形和上升速度及路徑的影響，得出粘性和表面張力的作用非常顯著，但流體與氣泡的密度比和粘度比對氣泡變形和上升速度的影響不大，當(dāng)密度比超過一定范圍時(shí)，僅使氣泡的破裂時(shí)間提前。 (4)對水平和上下放置的球形氣泡和變形較大的兩個(gè)氣泡在浮力作用下的上升及變形過程進(jìn)行了模擬，分析了氣泡間距與Re數(shù)之間的關(guān)系，揭示了氣泡融合過程中上升速度的降低與反彈現(xiàn)象。 (5)對規(guī)則排列的大量氣泡的動力學(xué)特性進(jìn)行了模擬，分析了氣泡在運(yùn)動過程中的碰撞與融合現(xiàn)象及其對周圍流場的擾動程度，以及排列位置和氣泡數(shù)量對整體上升速度的影響。
【學(xué)位授予單位】：河海大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：X703
【圖文】：

隨著時(shí)間的推移，周圍流體以射流方式進(jìn)入或穿透氣泡上部，這一現(xiàn)象在許多實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)1，56，52oal.認(rèn)厄ltesr和Dvaidsonlloo]在1962年得到了氣泡在水中上升過程的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了其數(shù)值模擬二維氣泡的結(jié)果，如圖1.1所示.圖1.1氣泡在水中變形的實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果(虛線)Cli戶11給出了球形氣泡在不同參數(shù)范圍內(nèi)變形的形狀，如圖1.2所示.所有的小氣泡保持球形形狀且以常速度上升，非常大的氣泡形狀變成球帽形，從小氣泡到大氣泡的過渡過程中氣泡的形狀取決于外部流體的性質(zhì)，變?yōu)闄E球或裙?fàn)?具體可分為:(a)當(dāng)R。和Eo(<)l很小時(shí)，氣泡基本保持球形;(b)隨著的E。逐漸變大，在低M。區(qū)，氣泡底部坦化接近半球形或橢球形;

r...曰.......，.......................EO圖.24二維界面運(yùn)動跟珠示意圖代入方程(2.2.5)即可計(jì)算出流入右側(cè)的體積.同理，可計(jì)算出流入其他方向和原網(wǎng)格內(nèi)剩余的體積，進(jìn)而確定新時(shí)刻的界面位置，如圖.24所示.網(wǎng)格ABCD在AGHB的左側(cè)，界面ba在新時(shí)刻移至de，陰影部分表示流入AGHB的流體.2.3動量方程和表面張力的離散1表面張力的離散對于兩種不相混摻流體，在某時(shí)刻被交界面分隔，因此特征函數(shù)C(x)在界面處不連兩種流體可用特征函數(shù)C(x)即C描述.Brkacbilll咧提出了esF(eontinuumsuracfe凡ree)模式，在厚度為九的界面帶構(gòu)建心d-卜q曰左乙弓了一個(gè)光滑的連續(xù)函數(shù)口(x)二，、If_.

第二章數(shù)值方法內(nèi)部的壓強(qiáng)接近常數(shù)且遠(yuǎn)大于泡外流體的壓強(qiáng)，但在粘性較小的流場引起的壓強(qiáng)變化更強(qiáng)一些，如圖.26所示.(a)材。=10一?(b)Mo=10一4圖.26流場壓強(qiáng)分布圖:Eo=;1M。=10一7，10一4(a)Mo=10一7(b)材。=10一4圖2.7流場壓強(qiáng)分布圖(局部):E。=七M(jìn)。=10一，，10一‘2.5.2氣泡在水中的上升及變形過程本章模擬了當(dāng)Pb=.102切/耐，Pf=looko刃m3，，二.0072叼。時(shí)，氣泡在水中的連續(xù)變形過程，如圖.28所示.靜止氣泡在浮力的作用下開始上升，氣泡下部的壓力大

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

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本文編號：2746595