气泡运动的格子Boltzmann方法数值模拟

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1、第37卷第4期核动力工程Vl01．37．NO．42016年8月NuclearPowerEngineeringAug．2016文章编号：0258—0926(2016)04—0148—06；doi：10．13832O．jnpe．2016．04．0148气泡运动的格子Boltzmann方法数值模拟陈思旭，李隆键，胡安杰，黄彦平21．重庆大学动力工程学院，重庆，400030；2中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室，成都，610213摘要：运用一种双分布函数多相格子Boltzmann模型，对几种气泡运动进行数值模拟，并分析了

2、模型本身。指出在使用模型进行分析计时应注意的一些问题。进一步对气泡上升过程中流场压力分布的分析，提出模型中浮力产生原理的假设，根据假设提出了计算气泡上浮时适当的引入浮力的方法。关键词：格子Boltzmann方法；自由能模型；气泡运动中图分类号：V211．17文献标志码：ASimulationofBubbleMovementwithLatticeBoltzmannMethodChenSixu，LiLongjian，HuAnjie17HuangYanping1．CollegeofPowerEngineering，ChongqingUni

3、versity，Chongqing，400030，China；2．CNNCKeyLaboratoryonNuclearReactorThermalHydraulicsTechnology，NuclearPowerInstituteofChina，Chengdu，610213，ChinaAbstract：AmultiphaseLatticeBoltzmannfree．energymodelwithtwoparticledistributionfunctionsisadoptedinordertosimulateafewkindsofb

4、ubblemovements．ThemodelitselfiSanalyzedaswel1．FewproblemswerediscoveredduringOUtsimulations．Furthermore，anassumptionWasproposedtoexplainhowbuoyancyactsinthemodelaccordingtotheanalysisofpressurefieldduringthebubblerising．Basedontheassumption，apropermethodtointroducetheb

5、uoyancyintoLaticeBoltzmannfree．energymodelWasproposedaswel1．Keywords：LatticeBoltzmannmethod，Freeenergymodel，Bubblemovement0前言拟，并对模型本身进行了理论和数值分析。根据格子Boltzmann方法(LBM)是一种介观尺数值计算结果找出模拟计算中存在的问题，并提度方法，在计算复杂流体力学问题，特别是两相出解决方法。流动问题中得到了广泛运用，其模型也不断完善。1数学模型许多学者提出了多种多相LBM模型，其中，由1．1

6、自由能两相LBM模型Swift等L1J提出的自由能LBM模型是基于两相界考虑外力作用的LBM方法的方程可以写面的自由能理论，因而它的外力项物理意义相比为。】：于其他多相LBM模型更为明确。之后几十年间，许多学者对自由能模型进行了分析和发展，提出(，+eafit，t+fit)一厶(，，f)了许多新的模型并进行了数值计算【2～’】。然而这种=一[()一，(，，f)]+LBM模型运用到实际计算中依然存在一些问题需要解决。+G)(1)本文运用Cahn．Hilliard方程的双分布函数LBM多相模型，对几种气泡运动进行了数值模式中，为粒子分布

7、函数；为平衡态粒子分收稿日期：2015—1O-23；修回日期：2016—03-07基金项目：国家自然科学基金(51076172)；中国核动力研究设计院重点实验室基金(9140C710901090C71)作者简介：陈思旭(1989一)，男，重庆大学在读博士研究生，现主要从事两相流动数值模拟研究工作陈思旭等：气泡运动的格子Boltzmann方法数值模拟149布函数，一般由Maxwell平衡态分布表达；P为【3,4，7J。流体密度；Cs为模型声速；F为外力；G为重力；考虑压力的演化方程可以在一定程度上提高U为宏观速度；ea为离散速度；，为

8、空间位置向模型的稳定性，降低结果中的数值压力波动。】。量；为模型松弛时间；8t为离散时间步长；口为了得出压力演化方程，需要定义一个新的分布为离散速度个数。通常来说，对于二维问题常用函数gd：的离散速度配置为Q9，D代表维数；Q代表=c