计算物理 ›› 2022, Vol. 39 ›› Issue (1): 41-52.DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8363
收稿日期:
2021-03-23
出版日期:
2022-01-25
发布日期:
2022-09-03
通讯作者:
张华
作者简介:
赵腾飞(1995-),男,博士研究生,E-mail: 2318604995@qq.com
基金资助:
Tengfei ZHAO(), Hua ZHANG*(
)
Received:
2021-03-23
Online:
2022-01-25
Published:
2022-09-03
Contact:
Hua ZHANG
摘要:
以水气两相流为研究对象, 采用大涡模拟和流体体积法, 结合破碎准则和第三代涡识别方法对双气泡碰撞过程进行数值模拟。采用单一变量法, 研究气泡直径比、相对偏心距及气泡间相对距离对气泡破碎程度的影响。双气泡碰撞过程中, 两气泡的直径越接近时, 碰撞过程中的气泡破碎程度越弱, 偏心距的变化对气泡破碎程度影响不大。而相对距离小于1时, 随着其增大, 气泡碰撞过程中的破碎程度更加明显。当气泡相对距离大于1时, 气泡破碎程度趋于平缓。研究表明: 第三代涡识别方法能够很好地捕捉两相流湍流流场中漩涡位置, 并能敏锐地反映出湍流的变化。
赵腾飞, 张华. 气泡碰撞过程中形变及破碎现象分析[J]. 计算物理, 2022, 39(1): 41-52.
Tengfei ZHAO, Hua ZHANG. Analysis of Deformation and Breakage During Bubble Collision[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 2022, 39(1): 41-52.
图4 不同时刻静止液体中单个气泡上升运动形态对比(上图为实验图像,下图为模拟图像。) (a) t=0.01 s; (b) t=0.1 s; (c) t=0.22 s
Fig.4 Contrast of single bubble ascending motion in still liquid at different moments(The upper row are images of experiment; The lower row are images of simulation.) (a) t=0.01 s; (b) t=0.1 s; (c) t=0.22 s
算例序号 | 先导气泡直径/mm | 尾随气泡直径/mm | 直径比 | 相对距离ξz |
1 | 2 | 8 | 0.25 | 0.75 |
2 | 4 | 8 | 0.5 | 0.75 |
3 | 6 | 8 | 0.75 | 0.75 |
4 | 8 | 8 | 1 | 0.75 |
5 | 8 | 6.4 | 1.25 | 0.75 |
6 | 8 | 5.3 | 1.5 | 0.75 |
7 | 8 | 4.57 | 1.75 | 0.75 |
8 | 8 | 4 | 2 | 0.75 |
9 | 8 | 3 | 2.67 | 0.75 |
10 | 8 | 3 | 2 | 0.25, 0.5, 0.75, 1 |
表1 正心碰撞算例
Table 1 Positive center collision calculation examples
算例序号 | 先导气泡直径/mm | 尾随气泡直径/mm | 直径比 | 相对距离ξz |
1 | 2 | 8 | 0.25 | 0.75 |
2 | 4 | 8 | 0.5 | 0.75 |
3 | 6 | 8 | 0.75 | 0.75 |
4 | 8 | 8 | 1 | 0.75 |
5 | 8 | 6.4 | 1.25 | 0.75 |
6 | 8 | 5.3 | 1.5 | 0.75 |
7 | 8 | 4.57 | 1.75 | 0.75 |
8 | 8 | 4 | 2 | 0.75 |
9 | 8 | 3 | 2.67 | 0.75 |
10 | 8 | 3 | 2 | 0.25, 0.5, 0.75, 1 |
图5 正心碰撞双气泡上升过程形态演变(a) t=0 s; (b) t=0.04 s; (c) t=0.05 s; (d) t=0.08 s; (e) t=0.09 s; (f) t=0.11 s; (g) t=0.12 s; (h) t=0.14 s; (i) t=0.15 s; (j) t=0.16 s; (k) t=0.17 s; (l) t=0.19 s
Fig.5 Shape evolution in rising process of positive center collision of two bubbles (a) t=0 s; (b) t=0.04 s; (c) t=0.05 s; (d) t=0.08 s; (e) t=0.09 s; (f) t=0.11 s; (g) t=0.12 s; (h) t=0.14s; (i) t=0.15 s; (j) t=0.16 s; (k) t=0.17 s; (l) t=0.19 s
图6 正心碰撞0.11 s气泡运动要素(a)气相及流速矢量; (b)压强及流速矢量; (c)Liutex向量及流速矢量
Fig.6 Bubble motion in positive center collision at 0.11 second (a) gas phase and velocity vectors; (b) pressure and velocity vectors; (c) Liutex vector and velocity vectors
图11 气泡上升过程速度矢量及压强云图(a) 0.09 s时速度矢量图; (b) 0.09 s时压强云图; (c) 0.11 s时速度矢量图; (d) 0.11 s时压强云图
Fig.11 Velocity vectors and pressure cloud maps during bubble rising (a) velocity vectors at 0.09 s; (b) pressures at 0.09 s; (c) velocity vectos at 0.11 s; (d) pressures at 0.11 s
图13 偏心碰撞双气泡上升过程形态演变(a) t=0 s; (b) t=0.04 s; (c) t=0.06 s; (d) t=0.09 s; (e) t=0.1 s; (f) t=0.11s; (g) t=0.12 s; (h) t=0.13 s; (i) t=0.14 s; (g) t=0.16 s; (k) t=0.17 s; (l) t=0.19 s
Fig.13 Shape evolution in rising process of eccentric collision of two bubbles (a) t=0 s; (b) t=0.04 s; (c) t=0.06 s; (d) t=0.09 s; (e) t=0.1 s; (f) t=0.11 s; (g) t=0.12 s; (h) t=0.13 s; (i) t=0.14 s; (g) t=0.16 s; (k) t=0.17 s; (l) t=0.19 s
图14 偏心碰撞0.1 s气泡运动要素(a)气相及流速矢量; (b)压强及流速矢量; (c) Liutex向量及流速矢量
Fig.14 Bubble motion in eccentric collision at 0.1 second (a) gasous phase and velocity vectors; (b) pressure and velocity vectors; (c) Liutex vectors and velocity vectors
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