氣液兩相流三維自由面流動問題的數(shù)學模型研究.pdf

1、近年來，氣液兩相流動數(shù)值模擬技術是計算流體動力學(CFD)領域研究的熱點和前沿課題之一。如何追蹤相間運動界面是氣液兩相流動數(shù)值模擬中的一個關鍵問題，它直接影響著整個計算過程的收斂性和計算結果的穩(wěn)定性，因此，建立具有高精度的自由面追蹤方法的三維兩相流數(shù)值模型是自由面流動問題數(shù)值研究的主要手段。
　　 本文首先對研究自由面流動的各種數(shù)值方法，進行了較全面的概述，特別對VOF方法作了較詳細的介紹和分析?？紤]到大規(guī)模復雜界面流模擬的需要

2、，基于三維非穩(wěn)態(tài)的Navier-Stokes方程，利用有限體積法在分塊結構網(wǎng)格體系上進行數(shù)值離散，建立了基于氣液兩相流動問題的三維數(shù)值模型。模型中，引入高分辨率的CICSAM和STACS格式界面捕捉的VOF方法，這類方法具有編程簡單，能夠很好的描述界面的融合、破碎和分裂等現(xiàn)象，同時，采用多重網(wǎng)格技術加速方程的求解，運用OpenMP技術實現(xiàn)了程序的并行化。為檢驗模型的準確性和對復雜自由面運動模擬的有效性，通過平移流場、旋轉(zhuǎn)流場、剪切流場和

3、三維變形場內(nèi)界面的運動對其進行檢驗，對比分析兩種方法的計算結果，發(fā)現(xiàn)STACS-VOF方法追蹤界面的精度更高。
　　 在所建立的兩相流數(shù)值模型中考慮運動界面表面張力的作用，采用STACS-VOF方法和CSF模型進行了三維自由面典型問題的數(shù)值模擬，包括水滴自由下落與水面沖擊過程、氣泡在水中的自由上升過程，以及液面的晃動問題，模擬的結果與實際物理現(xiàn)象非常相似，證明了模型的可靠性和有效性。
　　 最后，在建立的模型基礎上，運用