基于格子Boltzmann方法的液滴與液膜兩相流動(dòng)數(shù)值模擬.pdf

1、格子 Boltzmann方法作為一種基于分子動(dòng)理論的介觀模擬方法,具有理論嚴(yán)謹(jǐn),物理背景清晰,邊界處理簡單,并行性好等諸多優(yōu)勢。尤其是該方法在描述多相流動(dòng)及復(fù)雜相界面流動(dòng)時(shí)具有不可替代的獨(dú)特優(yōu)勢,因此關(guān)利用該方法研究氣液兩相的復(fù)雜流動(dòng)問題正成為近年來國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
　　豎壁氣液降膜流動(dòng)和液滴沖擊固體表面產(chǎn)生冠狀濺射是濕空氣透平(HAT)循環(huán)飽和器內(nèi)的重要流動(dòng)現(xiàn)象,這些流動(dòng)過程中往往伴隨著復(fù)雜的相界面運(yùn)動(dòng),對這些問題的研究有如下

2、幾方面意義:1)提高設(shè)備效率,優(yōu)化工業(yè)設(shè)備的設(shè)計(jì)。2)對這些復(fù)雜的兩相流問題研究可以深入了解自由表面流動(dòng)的本質(zhì),對模擬更為復(fù)雜的兩相流動(dòng)過程提供指導(dǎo)。3)為研究相應(yīng)的傳熱傳質(zhì)過程奠定基礎(chǔ),具有重要的工程價(jià)值和學(xué)術(shù)意義。
　　本文基于格子Boltzmann方法對豎壁氣液降膜流動(dòng)和液滴沖擊固體表面產(chǎn)生的冠狀濺射等現(xiàn)象進(jìn)行了探索性研究,為深入了解這些流動(dòng)過程中的水動(dòng)力學(xué)特性提供了參考。本文工作主要從以下三個(gè)方面展開:
　　1)首先

3、基于原有偽勢模型提出了改進(jìn),通過在作用力項(xiàng)中提出新的表面張力項(xiàng)提出了表面張力可調(diào)的偽勢模型。然后基于改進(jìn)后的偽勢兩相模型,在二維條件下模擬了雷諾數(shù)Re?5,10和20時(shí)豎壁降膜流動(dòng),計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)論取得了較好的對比。進(jìn)一步研究了液膜在入口處存在正弦擾動(dòng)時(shí)的流動(dòng)特性,分析了入口擾動(dòng)和表面張力作用對液膜穩(wěn)態(tài)波動(dòng)的影響,總結(jié)了液膜穩(wěn)態(tài)波動(dòng)的規(guī)律。
　　2)基于最新的兩相格子Boltzmann模型(Lee模型)在數(shù)值方法上進(jìn)行了改進(jìn),進(jìn)

4、一步提高了模型在大密度比下的數(shù)值穩(wěn)定性?；诟倪M(jìn)后的模型首先研究了二維液滴沖擊靜止液膜,計(jì)算得到的濺射根部鋪展半徑與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠較好的定量對比,從而驗(yàn)證了改進(jìn)后模型的正確性。進(jìn)一步數(shù)值模擬了液滴沖擊流動(dòng)液膜的濺射過程,考慮了不同的液膜液滴速度比和液膜相對厚度對流動(dòng)過程的影響。計(jì)算結(jié)果與沖擊靜止液膜的計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行了對比,總結(jié)了濺射過程中濺射鋪展半徑和濺射高度隨時(shí)間的變化規(guī)律,論述了流動(dòng)現(xiàn)象產(chǎn)生的內(nèi)在機(jī)理。
　　3)將基于單