基于CLSVOF方法的三维单个上升气泡运动的数值模拟

运用CLSVOF方法数值模拟了三维单气泡在液体中的上升和变形过程,分别考察了液体的表面张力和浮力对上升气泡变形的影响。计算结果表明:CLSVOF方法能比较精确地跟踪三维单气泡在液体中的上升过程;在相同密度比和粘度比情况下,随着液体表面张力的减小和液体浮力的增大,气泡底部形成的射流使得气泡下缘凹陷变得明显,变形幅度加大,射流穿透气泡的时间提前。     

静止液体中浸没垂直导管口气泡脱离直径的预测

该文主要针对单个气泡在静止液体中的生成和脱离过程,探究准确度高的气泡脱离直径预测模型。根据实验条件,分析了不同工况下表面张力、黏滞阻力和惯性力对气泡生成与脱离过程影响的强弱变化。结果显示,韦伯数We是影响气泡脱离直径预测的关键因素。在实验数据的基础上,分析了韦伯数We对气泡脱离直径的影响,以此修正了气泡脱离直径预测模型。经验证表明,新模型具有较高的准确性和适应范围。     

孔口出流气泡运动特性数值模拟

为了研究连续供气条件下,气泡运动特性与孔口进气速度、孔口直径的关系,对孔口出流气泡在静水中上升运动过程进行了研究,采用OpenFoam开源程序计算得到的静水中气泡上升运动模拟结果与试验结果吻合较好。通过改变孔口进气速度、孔口直径,分析了气泡的脱离时间和脱离直径,对比了初始球型气泡与孔口出流气泡的上升运动差异,提出可将相对速度B用于描述初始气泡终速度与孔口进气速度的关系,并采用不同无量纲参数对气泡运动相对速度进行了预测。结果表明:We数及Re数对气泡运动相对速度B的预测效果较好,气泡初始状态对气泡运动轨迹影响较大。研究成果进一步丰富了气泡运动相关领域的成果,为下一步精细刻画气泡复杂运动开创了思路。     

基于水动力学计算的气泡上升规律研究

不同直径气泡上升时间与水深之间的关系是气泡浮子法测流的基础。针对静水中气泡上升的加速与匀速过程进行了计算与分析,将气泡上升过程划分为加速与匀速段,基于流体力学原理,求得气泡匀速上升速度与直径之间的关系、加速时间及其高度占总上升过程的比例,以及不同直径气泡冒出时间与水深之间的关系。结果表明,气泡直径在[0.5,2.0]mm区间时最终速度的流态处于过渡区,在（2.0,4.0]mm区间时最终速度的流态处于紊流区,且最终速度随直径增大而增大;加速上升时间及其高度占总过程的比例极小,故可对气泡上升全过程近似做匀速处理;相同水深下,气泡直径越大,冒出时间越短。     

表面张力对单空泡运动特性的影响

本文利用高速摄影技术，在摄像电子计算机的辅助下，了在５种不同表面张力（液体－空气）液体中由电火花放电所造成的空泡膨胀及收缩运动过程，记录，分析，计算了空泡的半径Ｒ，泡壁速度Ｒ及加速度Ｒ随时间的变化，结果表明：表面张力加速了空泡的收缩过程，对其膨胀过程则起了延缓作用，通过实验给出了空泡膨胀时间与收缩时间的比值，一般来说，在空泡溃灭以前，表面张力愈小的液体中，空泡泡速度最大值愈大，泡壁的加速度通常具有     

含水率及干密度对高铁泥岩地基土无荷膨胀率的影响

通过室内无荷膨胀试验,研究初始含水率与初始干密度对高速铁路泥岩地基土无荷膨胀率的影响。研究结果表明:无荷膨胀率随时间的变化规律可分为快速膨胀、减速膨胀和膨胀稳定3个阶段。在相同初始干密度情况下,膨胀率随时间增长而逐渐增大,并且试样初始含水率越低,最终达到胀限含水率时的膨胀率越大。无荷膨胀率随初始含水率的增大而减小,干密度越大,无荷膨胀率减小的速率越快;无荷膨胀率随初始干密度增大而增大,在不同含水率条件下膨胀率增长速率有所不同。试样越干燥、干密度越大,其膨胀潜能越大。对无荷膨胀率时程曲线和无荷膨胀率-初始含水率-初始干密度三者关系分别用半对数函数和二元线性函数进行拟合,拟合结果良好,可较好地预测泥岩地基实际变形情况。     

水库淡水冰的晶体和气泡及密度特征分析

对黑龙江红旗泡水库的淡水冰生消过程实施现场观测。分别在冰快速生长期、稳定生长期和融冰期取样,观测其冰晶体、冰内气泡形态及尺寸,并测试冰表观密度,获得了3个冰阶段冰样由表至底的冰晶类型、晶体等效直径、冰内气泡宏观形态、气泡尺寸及百分含量和冰密度。结果表明,冰上层为粒状晶体,中下层为柱状晶体,平均粒径随冰深度增加而增大,但冰晶体不随时间变化;冰生长时冰内上层气泡呈球体,百分含量较高,中下层呈圆柱体,百分含量较低;伴随冰的生长和消融,冰内气泡的尺寸和百分含量呈“变化”势态,而冰密度随冰内气泡百分含量的增加而降低。     

基于两相欧拉模型的回转体微气泡减阻数值研究

为了研究回转体的微气泡减阻影响因素,以及回转体形状对减阻的影响,该文基于Open FOAM中两相欧拉模型对两个回转体进行了微气泡减阻数值模拟。考虑了相间作用力与气泡直径的变化,研究了流体速度、通气速率及气泡尺寸等因素对微气泡减阻的影响。数值结果与前人研究得到的结论相一致,验证了模型的可行性。比较了两种不同形状回转体的减阻效果,分析了不同回转体附近气体分布规律及压力云图,探讨了微气泡减阻机理。数值结果表明:相同通气速率下,流体速度较低时,摩擦阻力的减阻率较大;通气速率与回转体边界层附近的气体体积分数对减阻效果有重要影响;微气泡的存在可以增大回转体的压阻力;对于总阻力的减阻效果,存在一个最佳通气速率;一般微气泡直径较小时,减阻率较高;回转体尾部形状可以影响气体体积分数与局部压力分布,进而影响减阻率,尖尾比钝尾更有利于微气泡减阻。     

气泡在波浪中运动的实验研究

本文对气泡在波浪中的运动进行了实验研究，得到了气泡在波浪中运动的平均上升速度及上升运动轨迹，并同理论进行了比较。发现当气泡直径小于１ｍｍ时，气泡在波浪中的平均上升速度与静水中的稳定上升速度基本一致，波浪的影响很小，且是随机的。当气泡直径大于１ｍｍ时，气泡在波浪中的平均上升速度不再随直径增大而增大，而是趋向于某一定值。这与气泡在静水中稳定上升速度的变化趋势是一致的。当气泡直径小于１ｍｍ且气泡到液面的     

表面张力对单空泡运动特性的影响

本文利用高速摄影技术,在摄像及电子计算机的辅助下,研究了在５种不同的表面张力（液体－空气）液体中由电火花放电所造成的空泡膨胀及收缩运动过程,记录、分析、计算了空泡的半径Ｒ．泡壁速度Ｒ及加速度Ｒ随时间的变化．结果表明：表面张力加速了空泡的收缩过程,对其膨胀过程则起了延缓作用,通过实验给出了空泡膨胀时间与收缩时间的比值．一般说来,在空泡溃灭以前,表面张力愈小的液体中,空泡泡壁的速度最大值愈大、泡壁的加速度通常具有３个极值,其最大值可达１０４ｍ／ｓ２量级,这可能是空泡在收缩过程中泡壁失稳及溃灭时产生强大的溃灭冲击压强的重要原因之一．     

液滴特性对气液两相喷嘴效率影响的研究

从液体特性对两相喷嘴效率影响方面考虑,研究了一种两相喷嘴的流动模型-液体热传递模型,该模型能够完全描述两相混合物在喷嘴中的无摩擦流动情况。用VB软件就该影响进行了数值模拟,模拟结果显示液滴特性中的液滴破碎对两相喷嘴的效率影响是很大的,而液滴拉力系数和液滴热传递系数对两相喷嘴效率的影响较低,液体的比热越大,两相喷嘴的效率越低,而液体的表面张力或密度越低,两相喷嘴的效率越高。同时,对用该模型所设计的空气/水和空气/DTA两相喷嘴分别进行了实验测试,测试结果与理论模拟能够较好的吻合。     

A COUPLING MODEL OF WATER FLOWS AND GAS FLOWS IN EXHAUSTED GAS BUBBLE ON MISSILE LAUNCHED UNDERWATER

The gas and water flows during an underwater missile launch are numerically studied. For the gas flow, the explicit difference scheme of Non-oscillation and Non-free-parameter Dissipation (NND) is utilized to solve the Euler equations for compressible fluids in the body-fitted coordinates. For the water flow, the Hess-Smith method is employed to solve the Laplace equation for the velocity potential of irrotational water flows based on the potential theory and the boundary element method. The hybrid Eulerian-Lagrangian formulation for the free boundary conditions is used to compute the changes of the free surface of the exhausted gas bubble in time stepping. On the free surface of the exhausted gas bubble, the matched conditions of both the normal velocities and pressures are satisfied. From the numerical simulation, it is found that the exhausted gas bubble grows more rapidly in the axial direction than in the radial direction and the bubble will shrink at its "neck" finally. Numerical results of the movement of the shock wave and the distribution of the Mach number and the gas pressure within the bubble were presented, which reveals that at some time, the gas flow in the Laval nozzle is subsonic and the gas pressure in the nozzle is very high. Influences of various initial missile velocities and chamber total pressures and water depths on both the time interval when the gas flow in the nozzle is subsonic and the peak of the gas pressure at the nozzle end were discussed. It was suggested that a reasonable adjustment of the chamber total pressure can improve the performance of the engine during the underwater launch of missiles.     

基于伪势模型的表面张力对空化泡溃灭的影响

采用可调节表面张力的大密度比、大黏滞系数比格子玻尔兹曼伪势空化模型模拟了近壁区空化泡溃灭过程,并进一步分析了表面张力和初始空化泡内外压差对空化泡溃灭过程中流场分布的影响,探究了表面张力变化对空化泡溃灭时产生的微射流和溃灭压力演化的影响。结果表明:在近壁区空化泡溃灭过程中,随着表面张力减小,加剧了气液交界面的变形,导致微射流更为集中。同时空化泡在溃灭过程中蓄积的表面能减小,在溃灭时刻迅速释放后,减弱了空化泡溃灭强度,空化泡溃灭最大微射流流速和最大压力均随着表面张力的减小而减小,导致空化泡溃灭时间缩短,增加了壁面引起的Bjerknes力,加剧空化泡朝向壁面溃灭的趋势。     

VISCOSITY EFFECTS ON THE BEHAVIOR OF A RISING BUBBLE

In the incompressible fluid flow regime,without taking consideration of surface tension effects,the viscosity effects on the behavior of an initially spherical buoyancy-driven bubble rising in an infinite and initially stationary liquid are investigated numerically by the Volume Of Fluid(VOF) method.The ratio of the gas density to the liquid density is taken as 0.001,and the gas viscosity to the liquid viscosity is 0.01,which is close to the case of an air bubble rising in water.It is found by numerical exp...     

Modeling of single film bubble and numerical study of the plateau structure in foam system

The single-film bubble has a special geometry with a certain amount of gas shrouded by a thin layer of liquid film under the surface tension force both on the inside and outside surfaces of the bubble. Based on the mesh-less moving particle semi-implicit(MPS) method, a single-film double-gas-liquid-interface surface tension(SDST) model is established for the single-film bubble,which characteristically has totally two gas-liquid interfaces on both sides of the film. Within this framework, the conventional surface free energy surface tension model is improved by using a higher order potential energy equation between particles, and the modification results in higher accuracy and better symmetry properties. The complex interface movement in the oscillation process of the single-film bubble is numerically captured, as well as typical flow phenomena and deformation characteristics of the liquid film.In addition, the basic behaviors of the coalescence and connection process between two and even three single-film bubbles are studied, and the cases with bubbles of different sizes are also included. Furthermore, the classic plateau structure in the foam system is reproduced and numerically proved to be in the steady state for multi-bubble connections.     

喷管不同摆角对水下发射导弹受力的影响

论文研究了带摆喷管推力矢量控制系统的导弹水下垂直发射时,不同喷管摆角对三维水气流场的非定常发展变化过程及对导弹受力的影响。采用燃气泡物理模型,通过水气流场的耦合计算研究燃气与水的相互作用,运用欧拉-拉格朗日和时间步进的方法跟踪燃气泡自由面。以三维欧拉方程为控制方程对喷管和燃气泡内的三维气流场进行数值计算,根据燃气泡不断运动变化的交界面生成贴体动网格,在贴体坐标系下采用无波动、无自由参数、耗散的差分格式(NND差分格式)数值求解三维气流场。采用势流理论,以拉普拉斯方程为控制方程,利用三维Hess-Smith方法数值求解了导弹与燃气泡周围的三维水流场。给出了不同时刻泡形的变化,气流场内马赫数、压力的演变规律,导弹受力及力矩。通过多个工况的对比计算,研究了喷管摆角对导弹受力及水气流场的影响。     

水下高速喷气气水流场研究

水下喷气是一个复杂的过程，本文在一定假设的基础上，将复杂的流场分为三部分：喷管内流场、气泡流场及流体水流场。喷管内流场采用准一维模型，用差分格式求解，气泡模型采用滞止等压泡模型；液体流场采用MAC方法，通过步进法实现三个流场的耦合求解。给出了几种环境压力及速度下的数值计算结果，初步掌握了水下喷气的特征。     

静水条件下垂直圆管负浮力射流的数值模拟

建立了静水条件下垂直圆管负浮力射流的三维水动力数学模型和物理模型,两者的无量纲垂向速度吻合较好;对静水条件下垂直圆管负浮力射流的水动力特性进行了研究。结果表明：随着射流初始速度的增加,射流初始密度和喷口直径的减小,射流最大上升高度和稳态高度均增加。射流初始速度和射流初始密度对最大上升高度时刻中轴线垂向速度衰减早晚和衰减率的影响不大;随着射流初始密度的增加,稳态高度时刻的射流中轴线上垂向速度衰减较晚,衰减率增加;射流量一定时,随着喷口直径的增加,最大上升高度时刻和稳态高度时刻射流中轴线上垂向流速衰减较早,衰减率减小。分别建立了密度弗劳德数表达的无量纲最大上升高度和稳态高度线性关系式;本研究中射流最大上升高度和稳态高度比值趋近于常数1.52,与密度弗劳德数基本无关。研究结果可以为静水条件下垂直圆管负浮力射流的设计和工程应用提供一定的参考依据。