浮力气泡对水平壁面的回弹动力学特性

论文摘要

黏性液体中的气泡浮升运动有趣而又复杂,而气泡与固壁边界的相互作用更是广泛存在于实际工程中.基于轴对称数值计算,模拟了浮力驱动下气泡在黏性液体中上升并与顶部水平固壁面碰撞、回弹的过程.采用考虑表面张力的不可压、变密度Navier-Stokes方程来描述气液两相流流动,并通过基于分级八叉树的有限体积法进行数值求解.为准确捕捉气泡在回弹过程中局部而迅速的拓扑变化,采用了动态自适应网格技术耦合流体体积法（volume of fluid, VOF）来重构气泡的形状.从气泡对壁面的碰撞和回弹的基本现象入手,研究了伽利略数Ga和接触速度Ua对气泡回弹动力学特性的影响,分析了气泡碰撞过程中涡结构的变化.用回弹高度H、回弹周期T、长宽比Ar、浮升速度U、轴向位置z和回复系数Cr等参数来表征不同条件时气泡的运动和形状特性.研究结果表明,气泡的回弹运动特性对Ga十分敏感. Ga的增大可加剧气泡形变,促进气泡的回弹运动,增多回弹次数,增大回弹参数（T和H）,提升回复系数.然而,接触速度并非决定气泡回弹动力学的控制参数, Ua的改变并不会改变回复系数.

论文目录

• 引言
• 1 数值方法
•   1.1 控制方程
•   1.2 空间离散
•   1.3 时间离散
•   1.4 VOF方法
•   1.5 问题描述
• 2 自由气泡的浮升运动
•   2.1 收敛性分析
•   2.2 与前人实验结果的对比
•   2.3 伽利略数的影响
• 3 气泡在顶部壁面处的回弹运动
•   3.1 与前人实验结果的对比
•   3.2 伽利略数的影响
•   3.3 接触速度的影响
• 4 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 张洋,陈科,尤云祥,盛立

关键词: 气泡回弹动力学,自适应,伽利略数,接触速度

来源: 力学学报 2019年05期

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 数学,力学

单位: 上海交通大学海洋工程国家重点实验室,普渡大学机械工程系,高新船舶与深海开发装备协同创新中心,中国人民解放军92537部队

基金: CSC项目(201806230204),航天先进制造联合基金项目(USCAST2016-2)资助

分类号: O359.1;O241.8

页码: 1285-1295

总页数: 11

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