基于格子玻尔兹曼方法的液滴撞击移动液膜过程模拟

采用可调节表面张力的大密度比格子玻尔兹曼伪势模型模拟了液滴撞击移动液膜的过程,并进一步分析了雷诺数、韦伯数和初始液膜运动速度对液冠演化的影响。结果表明:初始液膜运动速度会增大上游液冠处撞击后液膜运动速度不连续性,促进上游液冠变形,同时减小了下游液冠处撞击后液膜运动速度不连续性,对下游液冠演化具有抑制作用;上游液冠高度随雷诺数增大而增大,但不随韦伯数的变化发生改变,而下游液冠高度则随着雷诺数和韦伯数的增大而减小,但雷诺数和韦伯数均不影响到液冠半径的演化;随着初始液膜运动速度增大,上、下游液冠高度减小,但液冠半径增大。格子玻尔兹曼伪势模型模拟结果与试验结果和理论分析一致,证明格子玻尔兹曼伪势模型可以有效模拟复杂液膜条件下液滴撞击液膜过程。     

液滴冲击流动液膜的格子Boltzmann模拟

采用单相格子Boltzmann方法模拟了二维液滴冲击流动液膜的含自由面的流动过程。由定义的质量与密度的比例系数来追踪气液自由面的变化。表面张力通过计算界面格点处作用在流体上的汽液相间作用力加入到模型中。数值模拟了速度比(液膜流动速度与液滴撞击速度的比值)和液膜相对厚度(液膜实际厚度与液滴直径的比值)不同时,液滴冲击流动液膜的过程。与液滴冲击静止液膜时的计算结果和理论分析结果进行对比,分析了液滴冲击流动液膜后产生的流动现象及其内在机理,产生的水花的铺展半径和溅起高度随时间的变化规律,并讨论了飞溅产生条件。     

格子Boltzmann方法模拟双液滴同时冲击固体表面液膜

采用单相自由面格子Boltzmann方法数值模拟了两个液滴撞击同种薄膜的流动过程。计算格子的液体比例系数来追踪气液界面的形状,表面张力效应通过分布函数的重构来引入。数值模拟中分别考虑了液滴以不同速度、不同中心间距撞击液膜的情况。数值计算了两个液滴同时撞击液膜产生水花、发生飞溅,水花相遇并发生碰撞后的流动现象。分析了液滴冲击速度及其水平距离对上述流动现象的影响。     

液滴倾斜撞击液膜液冠演化规律

采用可调节表面张力的大密度比格子玻尔兹曼伪势模型模拟了液滴倾斜撞击液膜的过程,分析了不同雷诺数、韦伯数、液膜厚度和碰撞角对液冠演化的影响。结果表明: 碰撞时能量损失随着雷诺数增大而减小,但随着液膜厚度增大而增大;上下游液冠高度均随着雷诺数、韦伯数和碰撞角的增大而增大;同时上下游液冠高度随着液膜厚度的变化呈现先增大后减小的趋势,液膜厚度为0.25倍液滴半径时达到最大值。液冠延伸长度同样随着雷诺数和碰撞角增大而增大,但并不随着韦伯数的增大而变化,同时液冠延伸长度随着液膜厚度增加而减小。     

格子Boltzmann方法在模拟液滴冲击液面中的应用

应用格子Boltzmann两相流方程,结合水平集界面重构技术,提出两相流的数值模型。采用五阶WENO格式和三阶TVD Runge-Kutta格式来求解水平集函数的输运方程。在不计重力的条件下,对液滴平动进行了数值模拟,在计算了800个时间步后,平动的液滴仍然保持原来的形状。在考虑重力的条件下,对液滴在空气中自由下落、液滴冲击液面的全过程进行了数值模拟,精细地刻画了液滴和液面界面的变化过程。数值模拟结果与物理现象一致。     

液滴冲击液面的格子Boltzmann仿真研究

应用格子Boltzmann两相流方程，结合水平集界面重构技术，提出两相流的数值模型。采用五阶WENO格式和三阶TVD Runge-Kutta格式来求解Level Set 函数的输运方程。在不计重力的条件下，对液滴平动进行了数值模拟，在计算了800个时间步后，平动的液滴仍然保持原来的形状。在考虑重力的条件下，对液滴在空气中自由下落、液滴冲击液面的全过程进行了数值模拟，计算结果精细地刻画了液滴和液面界面的变化过程。数值模拟结果与物理规律一致。     

液滴冲击液面变形特征及其能量转化研究

采用Navier-Stokes方程和Volume of Fluid (VOF)方法对液滴冲击液面运动过程进行了三维数值模拟研究。该文对界面形态的模拟结果与实验结果进行定性和定量的对比研究。通过分析速度场和压强场,研究了各界面形态的形成机理,并且进一步分析了冲击过程中能量的变化过程。结果表明:冲击过程中速度场和压强场的变化以及能量的传递导致冲击首先形成液坑,当液坑膨胀到最大后,开始收缩,直到收缩到接近水平液面时,开始有中心液柱从液坑中心升起,随后中心液柱破碎生成次生液滴;冲击过程中动能、表面能和重力势能之间不断转化:重力势能和表面能增加,动能减小,反之亦然;液滴冲击速度较大,能量消耗也较大。     

雾化液滴掺混稠油的实验和数值模拟研究

稠油开采过程中,由于稠油的黏度较高和流动性差,掺稀降黏是近年来使用的主要技术手段之一。为达到稀油较为均匀的分布效果,该文提出将一个气体辅助式雾化喷嘴安装在模型套筒一侧的方法,使得稀油液滴雾化并与稠油进行掺混,通过实验和数值模拟的方法,重点研究液滴在二次破碎雾化后的物理性质,模拟雾化的滴变化后形成的液膜与底部的液压油的掺混过程,同时给出了掺稀携带量的变化规律。结果表明,液滴速度减弱后聚并现象加强,在整个流场内形成较为均匀分布的液膜和液滴,同时底部多相掺混搅动降低了混合液的黏度,当通过10.8 m3/h的气雾化1.08 m3/h的水,最终可以携带底部2.92 m3/h的油,大大提高了携带效率。研究结果验证了雾化液滴掺混稠油方法的可行性和实用性。     

快速闸门断流的轴流泵起动过程三维数值模拟

针对轴流泵机组起动过程的研究是泵站安全稳定运行研究的重要环节。为了准确捕捉轴流泵机组在起动过渡过程中的动态特性,建立轴流泵机组的全流道三维模型,采用三维CFD计算软件Fluent,利用基于有限体积法的动网格技术,配合VOF多相流模型对快速闸门断流的轴流泵机组起动过程进行了三维瞬态数值模拟,获得了轴流泵机组起动过渡过程中的流态变化及外特性参数的变化规律。闸门开启时间为60s时,机组起动扬程在12s时达到最大值2.76m,为运行扬程的1.28倍。减小快速闸门开启时间能够降低机组最大起动扬程,但同时会加剧回流及闸门处的水流撞击。计算结果表明:动网格技术结合VOF多相流模型可以较好的应用于快速闸门断流的轴流泵机组起动过渡过程数值模拟中,其结果可为泵站水力设计及轴流泵机组的过渡过程研究提供参考。     

低充水液舱晃荡气垫效应的数值分析

为了研究空气可压缩性对液仓晃荡和流体动力载荷的影响,建立了基于NS方程和VOF方法的自由表面流动数学模型,其中气相可作为可压缩介质。通过单涡演化、溃坝和受迫晃荡三个典型算例的计算,验证了数值方法的有效性。与现有的实验结果对比发现,考虑气相可压缩的两相流模型能合理地反映液仓侧壁的压力振荡过程,而基于气相不可压缩假定的数值模型则无法给出合理的结果。采用空气可压缩的两相流模型,给出了不同背景压强作用下液舱晃荡形态及液体对壁面的拍击力。通过比较壁面监测点的压力时间过程线的计算结果和现有的实验数据,表明考虑空气可压缩性的两相流模型可以很好地预报最大压力峰值,并较合理地给出压力振荡过程,因此有必要在液仓晃荡与流动动力预报中考虑空气的气垫效应。     

横流中单矩形孔热水浮射流的K—ε模型

为探讨横流动水中的单矩形孔口热水浮射液的流速场和温度场，采用K－ε紊流模式来封闭模型，运用壁面函数处理近壁面的流动，并采用非均分布格和混合离散格式，通过选取适当的紊流参数和壁面参数，在一定的流速比的条件下，有效的模拟了其流速场和温度场，与理论分析结果一致，具有很好的精度和实用参考价值。     

撞击荷载作用下板状岩体破坏特性数值模拟分析

板状岩体的动态破坏特性对岩体工程和防护工程具有重要的研究意义。基于有限元方法,通 过引入三维动态接触算法,建立撞击模型,研究板状岩体在子弹中心撞击作用下的破坏特征。数值模型 中,通过采用Ｗｅｉｂｕｌｌ统计学分布考虑岩体非均匀性;利用连续等效损伤理论描述岩体损伤演化过程。 数值模拟结果表明,动态接触算法能够有效地模拟块体之间的撞击过程。岩板在子弹中心撞击作用下, 破裂最先出现在岩板背面中心处,并逐渐向岩板四周及正面延伸。同时,在较低撞击速度作用时,岩板 断裂由产生的径向裂纹控制。随着撞击速度逐渐增加,环向裂纹出现,并与径向裂纹共同决定了岩板的 断裂形式。     

刘家峡洮河口排沙洞水下岩塞爆通后多相流运动数值模拟

泥沙淤积严重的水电站增建排沙洞,进水口多采用水下岩塞爆破方案.厚淤泥层的存在对岩塞口爆破会带来不利影响;在排沙洞运行过程中,若渣块进入洞内,也会影响排沙洞的正常运行,成为工程隐患.本文以刘家峡排沙洞岩塞口区及排沙洞为研究对象,采用Euler多相流模型,建立三维排沙洞水沙非恒定多相流计算模型,模拟正常蓄水位、淤泥层不同颗粒组成等条件下,排沙洞水下岩塞爆破后排沙洞中多相流运动过程,为排沙洞水下岩塞爆破方案设计提供参考.     

潜射导弹出筒过程的三维非定常数值模拟研究

潜射导弹出筒过程的研究对其水弹道以及水下动载荷的计算具有重要的意义。本文采用多相流模型和动网格技术,求解非定常雷诺平均NS方程,对考虑潜艇平动影响的导弹冷弹射出筒过程进行了三维非定常数值模拟。三维数值模拟体现出筒口效应、发射气团现象等经典实验现象与实验符合较好,说明本文方法能够有效地揭示导弹出筒过程中多相流体间的相互作用以及相应的流体动力特性,通过分析这些现象中导弹所受冲击的形成机理,为工程应用提供有意义的参考。     

气井携液多液滴模型研究

该文参考Zhou[1]的多液滴模型,通过可视化实验装置,采用压缩空气和水作为介质模拟气井气体携液过程,验证分析了多液滴模型。通过288次有效实验数据分析发现:气体在携液临界流速时,持液率在大于0.0085时气井开始出现积液,比Zhou所提出的0.01有所偏小;在持液率大于0.0085时,加大气流速度,当气流速度增加到某一值时,液体可以全部被携带出井口,且随着持液率的提高所需要的临界流速也随之增加,从而首次从实验证明了气体携液临界流速与其持液率有明显的关系。本文根据实验数据修改了Zhou的多液滴模型,提出了与实验数据相吻合的新模型。该新模型可用于高含水气井排水采气研究与工程实际应用。     

基于WMLES方法的复式断面明渠三维紊流数值模拟

针对基于雷诺时均Navier-Stokes方程的数值模型在精确模拟复式断面明渠三维水流结构方面存在困难和传统大涡模拟(LES)方法计算成本相对较高的问题,采用壁面建模的大涡模拟(WMLES)方法建立三维数值模型,对水深比(滩地水深与主槽水深之比)为0.5的复式断面明渠水流结构进行模拟计算。数值模拟计算结果与已有试验测量结果和LES模拟结果的对比表明,WMLES方法能够准确地模拟时均速度、床面切应力、紊动强度、紊动能、雷诺应力分布、二次漩涡结构,该方法在复式断面明渠水流三维模拟中是可靠的;在保证计算精度的前提下,与传统LES方法相比,采用WMLES方法能够显著降低计算成本。     

基于多相LBM和Liutex方法的三维气泡聚合过程涡场分析

气液两相流广泛存在于石油化工、食品加工和生物制药等领域,其中气相通常以气泡的形式分散在液相中.气泡聚并过程由于气泡界面的变化及气泡震荡变形,流场及涡场变化较为复杂.该文使用多相格子玻尔兹曼方法对三维气泡的聚合过程进行了模拟,并使用Liutex方法及其他涡识别方法对聚合过程中的涡变量的变化进行了分析,结果呈现了Liute...     

考虑横向流影响的水下齐射载荷特性研究

该文围绕多细长体水下垂直齐射载荷特性,采用VOF多相流模型、k-ε湍流模型和分层嵌套动网格等仿真技术,结合自定义函数(User-Defined Function,UDF)编程模拟的不同水深环境,并考虑艇速、筒口结构形式、筒盖和均压气体等对水下齐射过程流场状态的影响,建立了考虑横向流影响的水下齐射三维非定常多相流场仿真模...     

基于均质多相流的超空泡航行体尾部升力数值模拟

为了解影响超空泡航行体尾部升力特性的主要因素,为超空泡航行体的弹道稳定性和控制的有效性提供一些参考,基于均质多相流理论对水洞试验前支撑模型进行了气-液两相三维数值模拟。结果发现采用均质多相流模型可以定性模拟出航行体尾部升力特性;采用SST湍流模型比标准k-ε湍流模型效果更好;航行体攻角和来流速度都是影响航行体尾部升力的重要因素。     

液滴撞击球面的撞击力特性数值研究

液滴撞击固体表面现象在很多领域十分常见且有重要作用。液滴撞击固体表面的撞击力特性是液滴撞击固体表面过程研究的重要特性之一,其研究近年来受到很多学者关注。该文采用有限体积法和VOF(Volume of Fluid)方法,通过Fluent仿真软件数值研究了液滴撞击球形表面产生的撞击力特性。数值计算结果表明,球面直径对液滴撞击其表面的撞击力有显著影响,在其它撞击条件相同情况下,球面直径越小,液滴撞击力峰值越小,撞击力峰值出现时间越早。通过分析数值计算结果,得到了无量纲撞击力随无量纲时间的变化曲线。数值计算结果也揭示了撞击力达到峰值时的液滴形态特征。