气泡在竖直流道中上升时流动和热质传递数值模拟

《气泡在竖直流道中上升时流动和热质传递数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要液体中的气泡运动有着广阔的工程背景，对气泡运动的数值模拟和运动界面追踪技术的发展紧密相连。而具有运动界面的流体流动现象广泛存在于动力、能源、机械、水利等多种工程领域，因此对运动界面的追踪是计算流体力学中一项具有重大意义和富于挑战性的研究工作。本文首先通过理论分析和数值模拟，比较了界面追踪技术中VOF方法的三种界面重构技术。并利用平移场、旋转场和剪切场对它们进行了数值模拟和比较。计算结果表明除了有些尖角会被少许抹平外，PLIC方法无论在界面的精细度上还是在锐利性上都是最好的，而FLAIR方法次之。因此，在对通道中的气泡进行追踪时采用Yongs的PLIC界面重构技

2、术重构界面，从而获得的界面锐利性和精细性都比较好。在处理运动界面的表面张力时成功的引入了较新的CSF模型。主场的计算采用应用比较广泛的有限容积的方法，控制方程的离散扩散项采用中心差分格式，对流项采用一阶迎风格式，速度与压力的耦合问题用比较成熟的SIMPLE算法。对有气泡的竖直流道的模拟结果表明：在Eo=56．3，M=0．8，Re=8．6时，气泡由圆形变为了近似椭圆形，这个变化和实验结果十分接近；受气泡的影响，通道中流体在气泡后端形成了两个漩涡，并且随着气泡的变化，漩涡的纵向尺寸逐渐增大；同时气泡也主要影响了通道中下游流体的温度分布；保持气泡尺寸、M数和Eo数不变，

3、减少通道尺寸时，在相同时刻比较，流场中漩涡尺寸变小，气泡对流场中上游温度影响范围增大，对下游温度影响效果减缓。本文对竖直流道中上升的单个气泡的形状、运动特性以及气泡内外流场的流动与传热特性进行了较为深入和详尽的研究，从而为对通道的进一步研究打下了基础。关键词：气泡；运动界面追踪；流体体积函数；重构技术：连续表面张力AbstractThemotionofgasbubblesintheliquidhasbeenfoundinwideengineeringapplications．Tosimulatethebubbles’motion，themostimportanti

4、sthedevelopmentoftheinterfacetrackingtechniquewhichiswidelyusedintheengineeringfields，suchaspower，energyresources，machineandwaterconservancy．Therefore，thesimulationofthebubbles’motionhasbeenconsideringasachallengeandkeyworkintwo-phasescomputationalfluiddynamics(CFD)．Inthisthesis，thefi

5、rstworkistodoacomparisonofthreekindsofinterfacereconstructionmethodswhichareapplledtothevolumeoffluid(VOF)method．Theyhavebeencarriedoutonthenumericalsimulationintheremovingfield，therotatingfieldandtheshearedfield．ItisclearlyseenthatalthoughthePLICmethodhassmearedthesharppartoftheinter

6、facea1ittlebit，itgetsthemostsharpandaccurateinterfaceinthethreemethods．whiletheFLAIRmethodismuchbetterthanHirtandNichols’smethod．Basedonthefirstwork，thePLICmethodischosentosimulateasinglebubble’smotioninthecolumn．Atensionmodel，ealledCSF，isemployedtodisposethesurfacetension．Thegovernin

7、gequationsaresolvedusingafinitevolumemethodonabody—fittedmesh．Usingcentraldifferencingandupwindschemestodiscretethediffusiontermsandconvectiontermsinthegoverningequations，respectively．ThecouplingbetweenpressureandvelocityproblemhasbeensolvedbySIMPLEalgorithm．Itcanbefound，whenEo=56．3，M

8、=O．8，