基于VOF法的多相流界面和污染物遷移模擬.pdf

1、多相流廣泛存在于生態(tài)環(huán)境中，多相流動及污染物遷移模擬是近年來深受關注的問題。本文基于兩相流理論，利用VOF方法，建立了數(shù)值波浪水槽，用于研究波流和波浪場中污染物的遷移規(guī)律。并進一步證實了VOF法可用于同時追蹤多個相界面的能力。 本文采用推板式造波機造波，末端設置人工衰減層消波，VOF法追蹤界面，控制方程采用連續(xù)性方程和N-S方程，并用有限體積法離散，建立了數(shù)值波浪水槽。首先對數(shù)值波浪水槽在純波狀況下做了驗證，通過與理論值的比較，

2、證實數(shù)值波浪水槽能造出穩(wěn)定的波形，消波段起到了良好的吸收反射波效果。加入均勻流動后，發(fā)現(xiàn)對順流情況，波長較純波變長，波幅變??；對逆流情況，波長較純波變短，波幅同樣變小，與Kemp(1982)實驗結果相符。 研究了污染物在波浪場中的遷移情況。結果顯示，污染物擴散由波浪質點運動和污染物自身擴散控制，經(jīng)過一段時間，點源污染物濃度分布在水中呈橢圓形態(tài)，且濃度場分布仍符合高斯分布。 用VOF法同時追蹤多相界面的遷移，發(fā)現(xiàn)VOF法可

3、很好地追蹤強非線性、大形變的相界面隨時間的變化。本文以重力流為例，模擬了液液、氣液相界面的遷移，液體滑塌等現(xiàn)象，重點討論了不同相密度比、粘性比條件下，液液相界面和氣液相界面的運動形式，觀察到了液液相界面的Kelvin-Helmholtz不穩(wěn)定性。結果顯示：液相密度比越大，液液相界面隨時間變化越快，氣液交界面不再保持水平位置，而以擺動的形式存在；在粘性比小于5時，粘性比不太影響液液相界面隨時間變化。滑塌模擬結果與前人研究符合較好，說明VO