电场作用下两相流的计算方法研究

论文摘要

以气泡为分散相的气液多介质流体流动广泛存在于能源、石油、动力、化工等实际工程领域。施加外部电场作用提供了一种非接触式主动控制气泡动力学行为的有效途径。然而,在电场作用下气泡的运动行为的模拟研究中存在计算量大,计算效率低、精度不高等问题,所以研究高效率的计算方法来求解电场作用下两相流模型具有非常重要的意义。本研究基于不同计算方法,以气液两相流为研究对象,将不可压缩流体的连续性方程、Navier-Stokes方程、电场方程等控制方程耦合建立了一个研究粘性流体中气泡的动力学模型,并进行数值模拟计算,研究了耦合电场的两相流行为特征,分析电场作用对气泡运动的影响。论文的主要研究内容和研究结论如下:1.采用水平集（Level-set）和相场法（Phase-field）来跟踪记录气泡上升过程中可能出现的形变、破裂等变化,通过质量守恒验证了两种计算方法的准确性和有效性,同时为了计算的精确度对计算区域进行了一定的网格划分,并使用网格独立性检验来计算得到了最优的网格大小。2.相较于水平集方法,相场法在计算效率和计算精度上都有一定提升。其中,在相同网格下相场计算方法的计算效率最大提升了5倍,在垂直电场环境下的计算效率提升了3倍,而且相场法更容易捕获气泡上升过程中气泡发生的细微变化,模拟计算结果的质量也更好,验证了相场计算方法的有效性。3.通过两种计算方法对耦合电场下气泡上升过程的模拟分析,结果表明气泡在静电力、浮力和表面张力的相互作用下,沿电场线方向拉伸成椭球形,其长短轴之比与外加电场强度成正比。气泡上升速度受电场作用影响,垂直电场加速气泡的上升,而水平方向减速。4.利用相场计算方法模拟了计算外部均匀竖直电场环境下一对共轴气泡的运动、融合现象,计算不同电场强度对上升气泡相互作用和相互融合的影响。研究结果表明,均匀强电场加速了流体中双气泡的碰撞融合过程,提高了气泡的上升速度。当电场强度较大时,融合气泡后气泡会发生破裂,破裂时间也随电场强度的增加而减少。将相场方法与同条件下LBM（Lattice Boltzmann method）方法的结果进行了对比,两种方法所得气泡形态变化吻合良好,验证了本文相场计算模型的正确性。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 韩丹

导师: 朱昶胜

关键词: 两相流,匀强电场,数值模拟,相场方法

来源: 兰州理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学

单位: 兰州理工大学

分类号: O359

总页数: 73

文件大小: 3606K

下载量: 207

相关论文文献

• [1].金属凝固及晶粒熟化相场法模拟研究进展[J]. 热加工工艺 2020(07)
• [2].相场法模拟定向凝固微观组织演化研究进展[J]. 有色金属材料与工程 2016(02)
• [3].海水结冰过程中冰晶生长的相场模拟[J]. 哈尔滨工程大学学报 2020(01)
• [4].基于Ginzburg-Landau理论的相场法研究进展[J]. 热加工工艺 2008(16)
• [5].相场法在金属凝固过程的应用现状[J]. 钢铁研究学报 2020(10)
• [6].金属凝固过程枝晶生长相场法模拟研究进展[J]. 材料导报 2018(S2)
• [7].相场断裂方法发展概况[J]. 高压物理学报 2019(03)
• [8].基于相场理论的沥青自愈合微观进程与机理研究进展[J]. 石油沥青 2018(01)
• [9].金属材料微观组织结构演化的相场法研究[J]. 西部皮革 2016(10)
• [10].气孔与晶界相互作用的相场模拟[J]. 金属学报 2020(12)
• [11].热老化后相分离的相场法模拟(英文)[J]. 硅酸盐通报 2013(05)
• [12].基于相场模拟的倾斜共晶生长研究进展[J]. 材料导报 2020(11)
• [13].金属材料微观组织结构演化的相场法研究[J]. 有色金属文摘 2015(05)
• [14].相场法对比模拟二元合金等温/非等温凝固过程(英文)[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2014(11)
• [15].增材制造快速凝固相场模拟研究进展[J]. 航空制造技术 2020(16)
• [16].金属材料微观组织结构演化的相场法研究[J]. 南方农机 2018(11)
• [17].用相场法优化非均匀薄膜的密度分布[J]. 杭州师范大学学报(自然科学版) 2016(03)
• [18].定向凝固微观组织相场法模拟的研究进展[J]. 材料导报 2016(09)
• [19].枝晶生长的相场法模拟[J]. 铸造技术 2012(09)
• [20].合金过冷熔体中枝晶生长的相场法研究进展[J]. 铸造技术 2011(01)
• [21].相场法模拟凝固微观组织演化研究进展[J]. 铸造技术 2011(03)
• [22].相场法模拟对流对枝晶生长的影响[J]. 铸造技术 2010(06)
• [23].再结晶和外力场下第二相析出的相场法模拟[J]. 物理学报 2009(S1)
• [24].材料微结构演化的相场模拟[J]. 固体力学学报 2016(01)
• [25].相场断裂模型分步算法在ABAQUS中的实现[J]. 岩石力学与工程学报 2016(05)
• [26].静磁场对熔融液滴振荡变形影响的相场模拟[J]. 西南交通大学学报 2015(02)
• [27].定向凝固微观组织相场法模拟进展[J]. 中国铸造装备与技术 2008(05)
• [28].晶粒生长演变相场法模拟界面表达的物理模型[J]. 物理学报 2011(06)
• [29].过冷熔体枝晶生长的相场法数值模拟[J]. 华侨大学学报(自然科学版) 2009(03)
• [30].增强相颗粒对激光熔注凝固组织影响的相场法研究[J]. 热加工工艺 2018(10)

标签：两相流论文;  匀强电场论文;  数值模拟论文;  相场方法论文;