基于質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程的氣泡生長(zhǎng)數(shù)值模擬方法研究.pdf

1、氣泡生長(zhǎng)脫離過(guò)程普遍存在于化工、醫(yī)藥、能源等工業(yè)過(guò)程中，氣泡的生長(zhǎng)脫離特性影響著傳熱傳質(zhì)過(guò)程，掌握和控制氣泡生長(zhǎng)規(guī)律對(duì)工業(yè)設(shè)備的設(shè)計(jì)及優(yōu)化具有重要意義。氣泡生長(zhǎng)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜相界面的形成和遷移變化過(guò)程，目前對(duì)氣泡的生長(zhǎng)預(yù)測(cè)研究多采用實(shí)驗(yàn)方法和CFD方法。本文提出并建立了通過(guò)計(jì)算相界面上質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡獲得氣泡生長(zhǎng)和脫離規(guī)律的全新數(shù)值方法，論文主要內(nèi)容包括:
　　首先設(shè)計(jì)和建立附壁氣泡生長(zhǎng)脫離可視化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)可視化實(shí)驗(yàn)獲得不同流量和

2、不同附壁孔徑氣泡生長(zhǎng)脫離規(guī)律，包含氣泡形狀，脫離頻率和脫離直徑等參數(shù)，并為驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算結(jié)果提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。其次，完成通過(guò)計(jì)算相界面上質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡獲得氣泡生長(zhǎng)和脫離規(guī)律的全新數(shù)值方法，包括應(yīng)用質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)力學(xué)理論，把氣液界面的運(yùn)動(dòng)過(guò)程看作是一層薄液膜質(zhì)點(diǎn)在壓力的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，以質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量方程為基礎(chǔ)，建立氣泡生長(zhǎng)計(jì)算的完整數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)值算法的程序開發(fā)。最后，采用該方法對(duì)不同孔徑下的附壁氣泡生長(zhǎng)脫離特性進(jìn)行數(shù)值計(jì)算研究。
　　可

3、視化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同壁面孔徑氣泡呈現(xiàn)出兩種不同的脫離模式，說(shuō)明孔徑大小對(duì)氣泡生長(zhǎng)過(guò)程中內(nèi)部壓力分布影響較大，導(dǎo)致氣泡形狀和脫離模式發(fā)生變化。論文建立的氣泡生長(zhǎng)模型中充分考慮了氣液界面上質(zhì)點(diǎn)受到的液體壓力、氣體壓力、表面張力以及運(yùn)動(dòng)阻力的數(shù)學(xué)表達(dá)式，引入壁面接觸角算法使程序獲得準(zhǔn)確的氣泡附壁形狀。計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)附壁孔徑較大時(shí)，氣泡內(nèi)部壓力較均勻，外部液體壓力基本是重力作用下的靜壓分布，計(jì)算得到的氣泡生長(zhǎng)和脫離形狀與實(shí)驗(yàn)吻合非常好。通過(guò)對(duì)計(jì)算