物体与气液界面相互作用的数值模拟研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sprinia
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
物体与气液界面的相互作用广泛地存在于自然界和工业应用中,涉及到流固耦合、移动接触线、毛细波演化等复杂的流动现象,对这类问题的机理研究具有重要的科学意义和工业应用前景。为此,本文发展了基于自适应网格的多相流固耦合算法,数值研究了三类典型界面流动问题:液滴撞击无滑移壁面的最大铺展、穿过气液界面的颗粒出水以及包裹颗粒的复合液滴撞击壁面动力学。主要研究内容简介如下:(1)研究了液滴撞击不同浸润特性的无滑移壁面后的最大铺展问题,提出中等韦伯数下液滴最大铺展的预测模型。发现壁面浸润性对最大铺展具有显著影响,且在高雷诺数下最大铺展时刻所转换的表面能与初始动能之比服从η~We-1/2尺度律关系,其中We为韦伯数。结合能量转化分析,推导得到高雷诺数下最大铺展尺度律βmax~We1/4(1-cosθ)-1/2,其中βmax为最大铺展比,θ为接触角。此外,定义了一个新的撞击参数可以将所有最大铺展数据汇聚到同一曲线上。进一步通过帕德近似光滑地过渡粘性区和粘性-毛细区,得到了普适的最大铺展预测模型。该模型在较大的雷诺数、韦伯数范围内可以准确预测液滴的最大铺展系数。(2)研究了穿过气液界面的毫米级出水颗粒的动力学过程。通过改变颗粒出水的韦伯数和邦德数,发现三种不同的模态:破裂、回弹和穿透。进一步对各模态转化的临界条件进行了理论预测,首先通过能量转化分析及Rayleigh-Plateau不稳定性理论研究了回弹与穿透模态之间的临界特征。通过液柱夹断时间与颗粒回落至水面的时间的比较,得到了回弹与穿透之间的临界转换条件。然后通过分析颗粒顶端液膜的厚度给出破裂与回弹模态之间的临界转换条件。理论预测结果与数值结果吻合良好。(3)研究了包裹固体颗粒的复合液滴撞击固壁面后的铺展和回缩过程。发现由于颗粒的阻碍作用,参与铺展的实际流体体积仅为复合液滴总体积的(1-α)2倍,其中α是颗粒的体积比。通过流量守恒关系推导了初期铺展半径随时间演化的尺度律。然后对液滴的回缩动力学进行分析,分别得到了在惯性-表面张力主导下以及粘性-表面张力主导下的回缩速率的尺度律。发现复合液滴的最大铺展比为同等撞击参数下纯液滴的最大铺展比的(1-α)倍,基于此提出了复合液滴最大铺展直径的预测模型,该模型与数值模拟结果吻合良好。
其他文献
随着人口的增加,物质和能源的需求与自然资源短缺、环境恶化之间的矛盾成为经济社会发展面临的突出问题。建设节约型社会,发展循环经济是经济社会可持续发展的必由之路。这预示着,人类社会开始进入了以“减量化、再利用、资源化”为特征的全新的循环经济时代,而循环经济的时代背景下,“再制造”正是一条有效解决这一问题的根本途径。闭环供应链作为实现“再制造”的重要载体,由于供应链的动态性和复杂性使得各种不确定因素在供
学位
作为最大的发展中国家,中国过去几十年的高速发展造成了严重的环境问题,其中大气污染问题尤为突出,大气环境恶化严重制约了我国人力资本水平的进一步提升,对公共健康造成了极大损伤。2013年,中国政府提出了首个大气环境治理规划《大气污染防治行动计划》(本文中简称《大气十条》),得益于此计划的有效实施,到2017年,中国绝大多数地区PM2.5浓度显著下降,空气质量得到显著改善。现有研究对中国大气污染治理的公
学位
房价的持续上涨及其所带来的一系列影响是近年来中国社会的热点问题,本文主要从房价上涨与中国企业出口这一视角展开研究。首先,本文通过文献综述的形式归纳了房价上涨、企业出口规模、出口二元边际、出口产品质量以及产业升级的相关研究。其次,本文在理论模型方面基于“荷兰病”模型和异质性企业贸易模型,将房价上涨表现为企业固定成本的增加,构建了房价上涨对于社会资本流动、劳动力流动和企业出口决策影响的理论基础。再次,
学位
秉承古丝路精神的“一带一路”正从中国倡议变成全球行动,成为构建人类命运共同体的伟大实践,共建“一带一路”已成为全球瞩目、广受欢迎的国际公共产品。围绕构建新发展格局,聚焦“一带一路”经济贸易合作,推动共建“一带一路”高质量发展的中国倡议,既为世界各国发展提供了新机遇,也为中国开放发展开辟了新天地。但是,由于“一带一路”沿线国家历史文化传统和社会制度各不相同,各国在利益需求和安全诉求等方面也存在差异,
学位
随着我国金融体系改革的推进,金融市场在资源配置中的主导地位日益凸显。金融市场之间相互调和、补充,形成了一个密切的整体。股指期货更是对股票市场的价格发现、风险管理、资产定价等起到至关重要的作用。然而,尽管股指期货为股票市场投资者提供了规避股票市场风险的新产品,但并不意味着市场已经消除了风险,达到了有效市场的程度。由于股指期货市场完善度不够,导致其成立到现在,在价格发现、风险规避功能上问题尚存,股指期
学位
中国实施企业“走出去”战略和“一带一路”倡议以来,越来越多的企业外派人员选择奔赴海外执行国际外派任务。外派现象的兴起不仅为个人职业发展和跨文化经验提供了重要机遇,也使得外派成为外向型企业中个人职业资本的重要组成部分。然而,企业相应的外派管理制度却较为落后,无法满足个人的心理和职业发展需求,在一定程度上削弱了外派人员的外派动机,进而产生外派绩效较低、外派中断甚至失败等困境。动机作为影响个人行为的关键
学位
气泡与复杂壁面间的相互作用在自然界和日常生活中广泛存在,并在一些工业领域内有着重要应用。虽然气泡运动领域已有大量研究,但是壁面效应对气泡的影响和很多相关的流动机制尚未得到充分研究。本文使用扩散界面-浸入边界数值模拟方法进行数值研究,并结合理论分析开展了三类问题研究,分别为浮力驱动气泡通过收缩管道问题、气泡撞击小球的动力学行为和气泡在倾斜平板上的滑动问题。主要内容包括以下三部分:(1)研究了浮力驱动
学位
作为欧洲反法西斯抵抗运动的重要组成部分,捷克斯洛伐克反法西斯抵抗运动在推翻法西斯统治,实现民族独立和国家解放的过程中发挥了重要作用。在历史和二战前夕国际国内诸多因素的影响下,纳粹德国对捷克斯洛伐克觊觎已久,利用英法一昧求和避战的心态和其他反纳粹力量薄弱的弱点,不断对捷克斯洛伐克提出领土要求,制造了多次危机,包括标志着绥靖政策达到顶峰的慕尼黑事件,甚至在1939年3月直接对它进行了肢解,扶植建立波希
学位
近年来,研究学者们开创了一种新的多组元近等原子比的合金成分设计方法,并制备了多种化学无序拓扑有序的高熵合金。高熵合金因其优异的物理特性和力学性能,在国防工程、能源、航天航空等领域展现出巨大的应用潜力。高熵合金在实际应用的服役环境下,往往需要面临冲击荷载的挑战。然而目前高熵合金在高应变率下和温度与应变率耦合加载条件下的力学行为,以及微介观变形机理还不清晰。为弥补相关研究的欠缺,本文改进了多种霍普金森
学位
毫无疑问,中国历史悠久,中华文明源远流长。而阿拉伯伊斯兰哈里发国也曾是个辉煌的国度。在中世纪,这两个伟大的国家很早建立了友好关系。据传,中国张骞开辟西域以后,中国人通过丝绸之路经过中亚,将东方和西方连接起来。阿拉伯人也因此逐渐了解了中国这个国度,他们用自制的传统的船舶经过瓷器之路到中国经商。从中国进口了很多特产。中国人也一样,航行到阿拉伯半岛的不同港口进行贸易。从这一点来看,阿拉伯帝国是东西方之间
学位