关于气泡在LIMCA系统中变形的数值模拟

《关于气泡在LIMCA系统中变形的数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、关于气泡在LIMCA系统中变形的数值模拟1*2杨文志，王晓东1中国科学院大学，2中国科学院大学*通讯作者：北京市怀柔区中国科学院大学，xiaodong.wang@ucas.ac.cn摘要：文章从数值模拟角度研究了气泡在液粒或者气泡。关于硬质颗粒，前人从数值、态铝LIMCA系统中的变形情况，为了追踪两物理解析和实验角度已经做了很多工作。但相界面之间的变形情况，我们使用了水平集方法。气泡的变形受到小孔附近壁面的形状许多关于气泡或者乳胶颗粒杂质在LIMCA系变化、液态金属的物理性质、气泡和液态金统中的研究都是在气泡不会变形这一条件的属的表面张力系数和感应产生的洛伦兹力等[1]影响。本研究中，我

2、们着重测量代表着液态假设下进行的，这一假设在特定条件下并不金属中气泡变形情况的电阻脉冲这一信号。成立。为了实现该目的，当气泡通过小孔时，我们在液态金属中导入大电流，从而在小孔附近与硬质颗粒相比，气泡对液态金属质量建立一个电敏感区。因此，流动结构的计算的损害较小，因为气泡产生的压力较小，在要受到电磁力作用的影响。数值计算结果给出了在气泡变形情况下的流场、电磁场、洛凝固过程中不易形核，并且在金属后处理阶伦兹力场的分布，并得到了球状气泡的变形段容易被去除。对于LIMCA技术而言，气泡情况。最后，基于计算结果，我们给出了气泡变形对电阻脉冲信号的影响情况，并提供的存在会形成类似于硬质颗粒的信号，这

3、将了与硬颗粒不同的电阻脉冲的主要特征，该导致LIMCA测量精度降低。因此在LIMCA特征包括峰值、电阻脉冲形状和气泡的瞬态运动时间。现有的研究表明，使用LIMCA技技术中，区别气泡和硬质颗粒是十分必要术可以区分气泡和硬颗粒。的。关键词：LIMCA，两相流，水平集我们通过分析和比较电敏感区的电阻脉冲信号来区分气泡和硬质颗粒。影响电阻脉冲1.简介信号的因素主要来自两个方面：表面张力的存在总是使颗粒的自由表面趋向于球状，而LIMCA（LiquidMetalCleanliness初始条件和流体流动中的压力梯度却使表面Analyzer）技术是一种原位测量高温液态金属趋于非球状。在本研究中，受壁面形

4、状影响中杂质颗粒的数目和尺寸的方法，这一技术的感应电磁力和壁面形状本身的变化都会影在过去30年内已经被应用于冶金工业。测量响流体运动中的压力梯度。气泡的变形和体的原理为：在一个小孔内外设置一对电极，积收缩都会影响气泡受到的拖拽力和气泡通并且通以电流，这样可以在孔口附近形成一过小孔的瞬态时间，这些都会反应在电阻脉个电敏感区，当杂质经过电敏感区时，通过冲信号上。测量电阻脉冲信号以检测杂质的信息。因为模型中存在着气泡和铝金属液两相，在流杂质与金属液的电导率不同，这将导致电敏动结构的计算中两相之间界面的处理非常关感区电阻和电压的变化。这些杂质可能是非键。在本模型中，我们采用了水平集方法。氧化物硬

5、质颗粒如铝颗粒，也可能是乳胶颗ExcerptfromtheProceedingsofthe2014COMSOLConferenceinShanghai2.数值模型与理论基础用水平集方法来解决界面处存在的问题。在我们建立了一个数值模型来描述气泡通过COMSOL中，水平集方法通过追踪水平集函电敏感区时的变形情况，模型使用了[2]数=0.5的等值线来定义两相之间界面。关COMSOL软件中的“层流两相流-水平集”和于水平集函数的控制方程为：“电磁场”接口，几何模型和一些物理条件的设定如图1。气泡和液态铝以相同的初始速u1.t度向相同方

6、向运动，同时在液态导电金属中其中，γ和ε是重新初始化参数，ε控制通以电流。由于流体和气泡是运动的，流动两相之间界面的厚度。会受到洛伦兹力的影响，所以在流场中加入在界面处，流体的密度、粘度和电导率由由电磁场计算得到的“mef.FLtzr”“mef.FLtzz”作为体积力源项。同时流动结水平集函数来描述：构的改变也会影响电磁场，两个物理场之间()lmlmb存在着强耦合，需要同时求解。()lmlmb入口流入速度设定为0.1m/s，由于与声lm()lmb速相比很小，所以通道内的流动可以认为是其中，,和,以及,分别lmblmblm

7、b不可压缩流动。同时假设流动模式为层流，代表液态金属和气泡的密度、粘度和电导在电敏感区内流动平稳。在这些假设下，模率。型的动量和能量在流动中的传输可以通过流体的连续性方程和N-S方程来描述：uu=0uuu2pgFFstemtu其中为流速，t为时间，代表流体密度，代表动力粘度，F为表面张力，Fstem为感应产生的洛伦兹力。模型的难点在于涉及的两相（液态金属和气泡）在密度、粘度、电导率和表