基于VOF法的多相流界面和污染物遷移模擬.pdf

1、多相流廣泛存在于生態(tài)環(huán)境中，多相流動(dòng)及污染物遷移模擬是近年來深受關(guān)注的問題。本文基于兩相流理論，利用VOF方法，建立了數(shù)值波浪水槽，用于研究波流和波浪場中污染物的遷移規(guī)律。并進(jìn)一步證實(shí)了VOF法可用于同時(shí)追蹤多個(gè)相界面的能力。 本文采用推板式造波機(jī)造波，末端設(shè)置人工衰減層消波，VOF法追蹤界面，控制方程采用連續(xù)性方程和N-S方程，并用有限體積法離散，建立了數(shù)值波浪水槽。首先對數(shù)值波浪水槽在純波狀況下做了驗(yàn)證，通過與理論值的比較，

2、證實(shí)數(shù)值波浪水槽能造出穩(wěn)定的波形，消波段起到了良好的吸收反射波效果。加入均勻流動(dòng)后，發(fā)現(xiàn)對順流情況，波長較純波變長，波幅變?。粚δ媪髑闆r，波長較純波變短，波幅同樣變小，與Kemp(1982)實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。 研究了污染物在波浪場中的遷移情況。結(jié)果顯示，污染物擴(kuò)散由波浪質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)和污染物自身擴(kuò)散控制，經(jīng)過一段時(shí)間，點(diǎn)源污染物濃度分布在水中呈橢圓形態(tài)，且濃度場分布仍符合高斯分布。 用VOF法同時(shí)追蹤多相界面的遷移，發(fā)現(xiàn)VOF法可

3、很好地追蹤強(qiáng)非線性、大形變的相界面隨時(shí)間的變化。本文以重力流為例，模擬了液液、氣液相界面的遷移，液體滑塌等現(xiàn)象，重點(diǎn)討論了不同相密度比、粘性比條件下，液液相界面和氣液相界面的運(yùn)動(dòng)形式，觀察到了液液相界面的Kelvin-Helmholtz不穩(wěn)定性。結(jié)果顯示：液相密度比越大，液液相界面隨時(shí)間變化越快，氣液交界面不再保持水平位置，而以擺動(dòng)的形式存在；在粘性比小于5時(shí)，粘性比不太影響液液相界面隨時(shí)間變化。滑塌模擬結(jié)果與前人研究符合較好，說明VO