基于格子Boltzmann方法的自由面流動(dòng)數(shù)值研究.pdf

1、格子Boltzmann方法是基于流體微觀模型和介觀動(dòng)理論方程的方法。與傳統(tǒng)的計(jì)算流體力學(xué)方法相比，格子Boltzmann方法具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如計(jì)算效率高、邊界條件容易實(shí)現(xiàn)、具有完全并行性等。由于格子Boltzmann方程是一個(gè)動(dòng)理學(xué)模型，因而在解決涉及到分子層次相互作用的物理現(xiàn)象時(shí)，它較目前經(jīng)常使用的基于連續(xù)介質(zhì)假定的Navier-Stokes方程組而言，具有一定的優(yōu)勢(shì)。 高密度比下的兩相流動(dòng)問(wèn)題，一直是流體數(shù)值研究的熱點(diǎn)之

2、一。自由面流動(dòng)可以看作是互不摻混的兩相流問(wèn)題，而高密度比下的自由面流動(dòng)問(wèn)題廣泛存在于自然界和各種工業(yè)領(lǐng)域。但是由于高密度比下兩相界面物理量的劇烈變化，加之以自由面流動(dòng)過(guò)程中界面的復(fù)雜演化，都對(duì)數(shù)值研究方法提出了巨大的挑戰(zhàn)。 本文詳盡研究了基于鋒面(Sharp Interface)方法的一種只涉及單相的(Single Phase)格子Boltzmann高密度比兩相流模型，分析了其內(nèi)在的物理過(guò)程，提供了完整的計(jì)算方法，并引入了一種改

3、進(jìn)了的表面張力模型，使之更符合真實(shí)的物理過(guò)程，同時(shí)也提高了算法的精度，擴(kuò)大了使用范圍。 氣液兩相流動(dòng)現(xiàn)象廣泛存在于自然界和工程應(yīng)用中，而液滴撞擊液膜后產(chǎn)生噴濺的過(guò)程則是這一類問(wèn)題的典型代表。在對(duì)上述格子Boltzmann模型的研究基礎(chǔ)上，對(duì)液滴數(shù)值撞擊附有液膜壁面的過(guò)程進(jìn)行了二維數(shù)值模擬和全三維模擬，獲得了4種不同的撞擊結(jié)果，并對(duì)得到的數(shù)值結(jié)果就撞擊過(guò)程中吸入的氣泡、粘性對(duì)撞擊過(guò)程的影響、液膜厚度對(duì)撞擊過(guò)程的影響這幾方面進(jìn)行一定