气液两相流是一个多应用领域和多学科交叉的复杂问题。气泡流作为气液两相流中的一种常见和重要的流动型态,其所涉及的空间尺度跨度较大并存在大量可变形且拓扑结构会发生变化的相界面。对其进行研究虽需解决很多关键性的问题,但相关的研究成果将极具工程应用价值。界面追踪法(Front-tracking Method,FTM)是一种数值模拟气泡流动非常有效和成熟的方法。FTM中由拉格朗日标记点表示的相界面实现了界面处几何参数的高精度计算。该方法能在界面发生大变形的情况下保留尖锐界面的存在,并具有较高的质量和能量守恒性。采用FTM研究了震荡流场中气泡流的动力学特性。具体的研究内容和主要结论详述如下:首先,建立了剪切流场中震荡气泡流的数值模拟模型。在二维和三维的空间里,等尺寸且变形率较小的气泡在初始时刻被随机放置于流场中。气泡及其周围的液体在所施加的剪切力和周期性变化的压力梯度的驱动下进行运动。研究结果表明,在周期性变化的压力梯度的作用下,气泡震荡运动后将在垂直于压力梯度的方向上排成气泡列。但较强的剪切力会将气泡列剪断,使气泡的分布趋于均匀。剪切力对震荡气泡流的影响在低剪切率,中等剪切率和高剪切率下是不同的。在低剪切率范围内,气泡列的倾斜程度与剪切率近似满足某一二次多项式的关系。流动还受到Re数和Eu数的影响,当这两个无量纲参数值减小时,形成倾斜稳固气泡列的低剪切率范围也在缩小。然后,在上述研究工作的基础上,进一步考虑了气泡拓扑结构的变化,建立了双向震荡气泡流的数值模拟模型。系统研究了作用在X轴和Z轴两个方向上的周期性变化压力梯度的振幅和频率对流动的影响。通过两个正十四碳烷的正碰融合,将FTM的模拟结果与文献中的实验结果进行对比,验证了程序中处理界面拓扑结构变化的模块的有效性和准确性。研究结果表明,双向震荡会驱使气泡聚集在一起,从而促进融合的发生。流动随周期性变化压力梯度的振幅和频率的不同,依次经历了爬行流动,公转流动和震荡流动这三种流态。随着振幅的增大,区分这三种流态的临界频率也在增大。对应于每一个振幅,在爬行流动和公转流动的过渡区域都存在一个使气泡的融合速率达到最大的频率。最后,总结了全文的研究内容,并对下一步的工作进行了展望。