竖直矩形窄通道内气泡行为的数值研究

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本文以Fluent为平台,针对两相流中气泡的运动过程建立了 VOF模型,采用PLIC方法追踪界面的运动,结合考虑了表面张力的动量方程,分别对二维气泡在仅有重力作用及摇摆作用两种情况下的运动特性进行数值模拟探究。研究结果所得到的自由流域内气泡上升过程的变形特性以及表面张力对气泡变形的影响都与其他文献的实验结果和数值结果一致性较好。文章对窄通道内不同尺寸气泡的上升过程进行了模拟以研究壁面对气泡的影响,分析了窄通道内气泡上升运动的变形过程以及气泡周围的流场分布特性,发现窄通道内气泡更容易维持圆形,气泡尾部射流方向与自由流域情况方向相反,并定性地分析了窄通道对气泡上升速度的影响。对于同一管道内分布多个气泡的情况,研究了窄通道内上下分布的两气泡之间的相互作用以及气泡分布情况。发现窄通道会阻碍气泡的追击,当管道内,静水环境中同一水平位置均匀分布多个气泡时,气泡上升一段时间后会呈U型分布。在工程中,摇摆情况十分常见,因此本文对摇摆情况的气泡运动特性进行了模拟,通过摇摆条件下的受力分析以及动网格动量方程的求解,验证了动网格模型在摇摆情况的适用性,对摇摆中心位于管道不同位置的两种情况进行了模拟,通过分析模拟结果,详细总结了摇摆条件对气泡形状、流场、轨迹以及相互作用过程的影响。认为摇摆会使气泡形状变得更加扁平,且由于气泡上升,水所产生的对流的分布及气泡运动轨迹都会因摇摆的附加速度而产生偏移。对于摇摆情况下,窄通道内气泡的运动特性进行了模拟,发现窄通道在气泡变形,气泡轨迹等方面,可削弱摇摆的影响。并模拟了壁面位于气泡摇摆正方向及反方向两种情况,认为当壁面位于气泡摇摆正方向时,对气泡的影响较大。
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