氣液兩相流三維自由面流動(dòng)問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型研究.pdf

1、近年來(lái)，氣液兩相流動(dòng)數(shù)值模擬技術(shù)是計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和前沿課題之一。如何追蹤相間運(yùn)動(dòng)界面是氣液兩相流動(dòng)數(shù)值模擬中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，它直接影響著整個(gè)計(jì)算過(guò)程的收斂性和計(jì)算結(jié)果的穩(wěn)定性，因此，建立具有高精度的自由面追蹤方法的三維兩相流數(shù)值模型是自由面流動(dòng)問(wèn)題數(shù)值研究的主要手段。
　　 本文首先對(duì)研究自由面流動(dòng)的各種數(shù)值方法，進(jìn)行了較全面的概述，特別對(duì)VOF方法作了較詳細(xì)的介紹和分析?？紤]到大規(guī)模復(fù)雜界面流模擬的需要

2、，基于三維非穩(wěn)態(tài)的Navier-Stokes方程，利用有限體積法在分塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格體系上進(jìn)行數(shù)值離散，建立了基于氣液兩相流動(dòng)問(wèn)題的三維數(shù)值模型。模型中，引入高分辨率的CICSAM和STACS格式界面捕捉的VOF方法，這類方法具有編程簡(jiǎn)單，能夠很好的描述界面的融合、破碎和分裂等現(xiàn)象，同時(shí)，采用多重網(wǎng)格技術(shù)加速方程的求解，運(yùn)用OpenMP技術(shù)實(shí)現(xiàn)了程序的并行化。為檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性和對(duì)復(fù)雜自由面運(yùn)動(dòng)模擬的有效性，通過(guò)平移流場(chǎng)、旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)、剪切流場(chǎng)和

3、三維變形場(chǎng)內(nèi)界面的運(yùn)動(dòng)對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)比分析兩種方法的計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)STACS-VOF方法追蹤界面的精度更高。
　　 在所建立的兩相流數(shù)值模型中考慮運(yùn)動(dòng)界面表面張力的作用，采用STACS-VOF方法和CSF模型進(jìn)行了三維自由面典型問(wèn)題的數(shù)值模擬，包括水滴自由下落與水面沖擊過(guò)程、氣泡在水中的自由上升過(guò)程，以及液面的晃動(dòng)問(wèn)題，模擬的結(jié)果與實(shí)際物理現(xiàn)象非常相似，證明了模型的可靠性和有效性。
　　 最后，在建立的模型基礎(chǔ)上，運(yùn)用