气泡运动的格子Boltzmann方法模拟

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:XM201314
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气液两相流是两相流动中的一个重要组成部分。但由于其运动的复杂性,用传统的数值方法模拟存在某些问题,例如难以准确跟踪动态界面,模拟结果存在截断误差等。因此,考虑用一种从微介观角度入手进行模拟的数值方法模拟两相流动问题。  格子Boltzmann方法是一种建立在微介观基础上的,“自下而上”的数值模拟方法。该方法从微介观角度出发,以分子运动论和统计力学为理论基础,用简单规则的微观粒子运动代替复杂多变的宏观现象。通过用BGK近似,对Boltzmann方程求解,并进行速度、时间和空间的离散,从而进行复杂物理问题的模拟。该方法克服了传统数值方法中的许多问题,特别在界面跟踪和大规模并行计算上有很大优势,是一种多相流模拟的有效方法。  气泡在液体中的运动行为是两相流模拟中的一个重要研究部分。使用格子Boltzmann方法对该问题进行模拟尚处于起步阶段,仍有许多气泡运动情况有待进一步研究。因此本文使用格子Boltzmann方法对气泡在液体中的聚并行为和运动情况进行了模拟和分析。  本论文首先使用格子Boltzmann方法中基于多相流模型中的自由能模型建立的Z-S-C模型,对大密度比气液两相流中,不考虑体积力作用时,在流体粒子间作用力下液体中的气泡聚并行为进行了模拟,分析了流体粒子间作用力下气泡聚并的影响因素,并对不同放置位置的气泡进行了模拟,对其聚并行为进行了研究。  此外,本文还对大密度比气液两相流中,在流体粒子间作用力和重力综合作用下的气泡运动情况进行了研究。模拟了不同放置位置下多气泡的运动行为,并对其运动机理进行了分析。本文表明了Z-S-C模型对大密度比气液两相流模拟的可行性,给出了液体中气泡聚并行为和重力下的运行状况,为气泡动力学行为和特性研究提供了理论依据。
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