格子Boltzmann法对于大粘度差两相流的模拟-论文.pdf

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1、第42卷第6期同济大学学报(自然科学版)VOIl42No．62014年6月JOURNALOFTONGJIUNIVERSITY(NATURALSCIENCE)Jun．2014文章编号：0253—374X(2014)06—0963—06格子Boltzmann方法对于大粘度差两相流的模拟邱若凡，王安麟，龚启伟，姜涛(同济大学机械与能源工程学院，上海201804)摘要：为了模拟具有大粘度差的两相流，对Boltzmann(LB)two—phasefluidsis4510times．方法中的伪势多组分模型进行了改进．伪势模型将粒子作用Keywords：Lattic

2、eBoltzmann(LB)Method；two—phase力转化为速度形式，再将其引入离散的IB方程．改进模型把flow；largeviscositydifference；numericalsimulation力的添加形式变为将力离散处理后，引入离散的IB方程中，以此提高数值计算的稳定性．该模型能够比原伪势模型得到更小的虚假速度和更大的粘度差．通过对沥青一水的大粘度在许多工程应用中，都存在具有较大粘度差的差两相流体和粘性指进现象的模拟，验证了改进模型的正确多相流体混合物．例如，泡沫沥青是高温沥青与常温性和有效性．该模型具有较好的适用性，它能模拟的两相

3、流水在发泡腔内的一定压力下发生物理变化的产体最大粘度差可达到4510倍．物[】]．目前，国内外学者对沥青发泡的研究主要是停关键词：格子Boltzmann方法；两相流；大粘度差；数值模留在实验层面上E24]，几乎没有对其机理进行深入研拟究．要解决这一难题就需要建立数值模型来描述这中图分类号：0359．1文献标志码：A一复杂的过程．然而，如沥青发泡这类多组分多相流体系的实质是组分或相之间微观相互作用的宏观体SimulationofTwo-phaseFlowwithLarge现，传统的计算流体动力学(CFD)方法难以抓获或ViscosityDifferenc

4、ebyLatticeBoltzmann跟踪大量细小分散的相界面．LatticeBoltzmannMethod(LB)方法是一个近二十几年发展起来的一种研究流体的新方法[一．它是一种从微观动力学出发，通过QIURuQfan，WANGAnlin，GONGwei，JIANGTao(CollegeofMechanicalEngineering，TongjiUniversity，Shanghai单粒子分布函数来讨论系统的宏观性质的一种介观2O1804。China)方法．它可以方便且准确地描述不同相之间、不同组分之间复杂的相互作用．因此，LB方法对于多相流Abst

5、ract：Thepseudo-·potentialmulti-·componentmodelin的模拟很有优势．LatticeBoltzmann(LB)MethodiSimprovedtosimulatetwo—IB方法发展至今已建立了多种多相流的模phaseflowwithlargeviscositydifference．Inthepseudo—型l7。，而其中应用最广泛的是Shan和Chen提出potentialmodel，theinterparticleforcesareturnedintovelocityformandintroducedint

6、othediscreteLBequation．In的一种用伪势来体现粒子问相互作用的模型[8，ll12~．theimprovedmode1，theinterparticleforcesarediscretized只要选择合适的相互作用，就可以实现相或组分的andaddedtothediscreteLBequation，whichleadstothe分离．然而，伪势模型在处理粘性差较大的不互溶两betternumericalstability．Theimprovedmodelcanget组分流体时，会在相界面产生较大的虚假速度，从而smallerspur

7、iousvelocityandlargerviscositydifferencethan导致计算发散[1]．然而在自然界和工程应用中，常thepseudo—potentialmode1．Simulationofasphalt—watertwo—常存在大粘度差的多组分混合物．如沥青发泡过程phaseflow，whichiswithlargeviscositydifference，and中，沥青和水就具有很大的粘度差，此时，伪势模型fingeringinachannelarecarriedouttovalidatetheimprovedmode1．Itha

8、sagoodapplicabilityforsimulationoffluidswith便不再