【摘 要】
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本文采用改进的Level Set方法和基于原始流动变量的不可压N-S方程的计算流体力学方法,分别对浮力气泡和刚性固壁附近空化气泡的溃灭过程进行了模拟研究.一方面注重数值方法的
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本文采用改进的Level Set方法和基于原始流动变量的不可压N-S方程的计算流体力学方法,分别对浮力气泡和刚性固壁附近空化气泡的溃灭过程进行了模拟研究.一方面注重数值方法的研究,完善和创造性地提出适用于气泡溃灭问题计算方法,并保证计算的稳定性和计算精度,另一方面通过计算结果的分析对气泡溃灭过程中复杂物理现象的机理进行合理解释,并探讨各种物理参数的影响.采用LS(Level Set)方法来追踪气泡和液体的运动界面,介绍了LS方法的基本原理,采用高精度离散格式保证数值稳定性,修正的Godunov方案、三阶精度的TVD-Runge-Kutta法和二阶精度ENO格式,对LS变量进行重新初始化,使LS变量始终保持为距离函数,并有很好的质量守恒性.建立浮力气泡运动界面问题单一流质不可压两相流数学模型.采用Level Set,二阶上风TVD对流格式,限制函数和SIMPLE法相结合的方法,针对存在强间断物质界面(很大的密度和粘度比)、强非线形对流项(可能出现的高Re数)、强源项(表面张力和浮力的作用),以及较大的拓扑变形的浮力气泡问题,在交错非均匀网格体系中积分或微分离散各控制方程,并进行编程模拟计算.建立固壁附近初始球状纯蒸汽空化气泡溃灭问题的不可压缩单相流数学模型.采用气泡内部ENO速度插值法和气泡内部MAC投影法(MAC Projection Method),改进Level Set方法,使之能进行空化泡溃灭问题的计算.采用MAC投影法进行气泡外流场的计算.建立固壁附近内含可压缩非凝结气体并伴有相变现象的空化泡生长、溃灭和反弹等过程行为的气泡外不可压单相流数学模型.采用气泡内部最小二乘法速度插值和气泡内部MAC投影法(MAC Projection Method),改进Level Set方法,使之能进行空化泡振荡问题的计算.刚性壁面的作用,则使气泡在溃灭过程中形成穿刺气泡的射流并出现射流撞击现象.射流撞击形成有很大量值和梯度的新压力中心,改变了整个流场的分布格局并使之复杂化.射流撞击后继续向下扩展的射流造成对刚性壁面的冲击是空蚀现象的根本原因,而压力波峰在向壁面的移动过程中相互作用,直接影响了壁面所受冲击力(或称载荷)的动态变化特性.表面张力的作用使气泡生长和溃灭过程变快,最大体积和最小体积变小,射流撞击的速度增加,射流撞击或体积最小时刻的压力分布量值增加,对壁面的冲击作用也变大.气泡到壁面的初始位置γ对气泡的振荡行为产生很大的影响.γ的变化影响气泡的生长和溃灭快慢,最大和最小体积,溃灭和反弹典型过程的速度场和压力场分布及对壁面的冲击作用.
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