強非線性自由面運動的CFD模型研究.pdf

1、自由面運動是自然界中的一種常見現(xiàn)象，與人類的生存發(fā)展息息相關(guān)，在科學研究和工程應用中都有著重要的價值.然而，自由面運動是一種復雜的現(xiàn)象，尤其是強非線性自由面的運動，目前仍然存在很多難題有待解決。近些年來，CFD(Computational Fluid Dynamics，計算流體力學)已經(jīng)被證明是一種研究自由面運動的有效手段并被廣泛應用到相關(guān)研究中。
　　本文采用自主發(fā)展的CIP-ZJU(Constraint Interpolati

2、on Profile Model in Zhejiang University)模型來研究強非線性自由面運動，流場求解器方面，本模型采用時間，空間均為三階的CIP方法保證了對流項的高精度求解;采用中心差分格式進行擴散性的求解;采用超松弛迭代方法求解壓力Poisson方程。自由面捕捉方面，本模型包括兩種高精度的VOF(Volume ofFluid，流體體積法)和一種質(zhì)量守恒型的Level Set方法。同時，本文引入了基于密度重構(gòu)的平衡型C

3、SF(Continuum Surface Force)模型以及針對于歐拉網(wǎng)格下同種液體不同相之間界面追蹤的雙液相VOF方法。
　　根據(jù)建立的模型，開展了強非線性自由面運動問題的數(shù)值模擬，包括潰壩問題，液滴沖擊自由面，氣泡上升，水面結(jié)構(gòu)物附近波浪誘導渦等.在潰壩問題的數(shù)值研究中，本文首先根據(jù)實驗結(jié)果得到一個潰壩試驗中擋板運動的經(jīng)驗公式并進行驗證，并應用于干底床和濕底床潰壩問題潰壩的數(shù)值研究，重點分析了擋板運動對于潰壩問題中水舌運動，

4、自由面形態(tài)，壓力變化等影響;此外還開展了液滴沖擊自由面和三維氣泡上升的數(shù)值模擬，重點觀測了其演變過程中表面張力的作用及自由面的運動;在水面結(jié)構(gòu)物附近波浪誘導渦的初步數(shù)值研究中，本文對規(guī)則波作用下不同寬度，縱深的薄板附近波浪誘導渦進行了數(shù)值觀測，對于水面結(jié)構(gòu)物附近誘導渦的運動規(guī)律有了初步的認識，為未來更深入的研究打下了良好的基礎(chǔ)。
　　本文的主要創(chuàng)新點如下:
　　(1)提出了一種雙液相VOF方法，實現(xiàn)了歐拉坐標系下同種流體不同