微小水滴撞击深水液池空腔运动及气泡夹带机理的数值模拟研究
发布时间：2021-11-18 09:45
水滴撞击液池表面的运动作为传统流体力学中最广为人熟知的经典流动现象之其附随现象丰富多样,涉及面广,运动过程十分复杂。水滴撞击液面在科技应用和自然环境中广泛存在,在航空航天工程、喷墨印刷、农业灌溉和水利工程结构侵蚀等方面有诸多基础研究及工业应用。因此,对水滴冲击液面的研究不仅能够深入了解自由表面流动问题的机理、改善生物的自然生存环境,还对于理解气液流动的界面变形、改善液滴运动在工业工程、化学工程中的应用以及对气-液两相射流的高精度数值模拟有着重要的意义与价值为了探究微米级微小水滴撞击深水液池运动中空腔的成长过程与机理,本文采用不可压缩Navier-Stokes方程、四叉树自适应网格技术和VOF方法,首先对直径为290μm的正圆形微小水滴在重力的作用下以2.5～6.5m/s的速度撞击深水液池的运动进行数值模拟研究,以率定后的数值模型考察不同撞击速度下水滴撞击深水液池后的水体混掺、毛细波传播、空腔变形规律以及气泡截留过程,并深入探究空腔运动的动力学机制。研究结果表明,不同撞击速度下,在忽略毛细波作用、空腔深度h∈（d,hmax）的前提下,空腔深度随时间的成长仍满足t ∝h5/2的关系;液滴撞...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
符号说明
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 液滴撞击液面研究进展
1.2.1 液滴撞击液面基本现象
1.2.2 液滴撞击液面实验研究进展
1.2.3 液滴撞击液面数值模拟研究进展
1.3 本文主要研究内容
2 数值模拟方法
2.1 Gerris简介
2.2 控制方程及其求解方法
2.2.1 时间域的离散
2.2.2 空间域的离散
2.3 网格自适应的实现
2.4 VOF方法
2.5 表面张力模型
2.6 曲率高度函数的计算
2.7 紊流求解方法
2.8 本章小结
3 微小水滴撞击深水液池的空腔运动机理研究
3.1 引言
3.2 计算区域设定
3.2.1 计算区域与其无量纲化
3.2.2 网格自适应条件
3.3 模型验证与率定
3.3.1 定性比较
3.3.2 定量比较
3.4 结果与分析
3.4.1 基本撞击过程
3.4.2 空腔运动的基本特性
3.4.3 空腔形成以及毛细波传播机理
3.5 本章小结
4 椭圆形变下微小水滴撞击深水液池运动的气泡夹带机理研究
4.1 引言
4.2 计算区域设定
4.2.1 计算区域与其无量纲化
4.2.2 网格自适应条件
4.3 模型验证与率定
4.4 结果与分析
4.4.1 较低速度下变形水滴撞击液池的聚合过程
4.4.2 较高速度下变形水滴撞击液池的聚合过程
4.4.3 大型气泡夹带机理
4.4.4 涡环的运动过程
4.5 本章小结
5 结论与展望
5.1 本文主要结论
5.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间主要研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于格子Boltzmann方法的液滴撞击粗糙壁面上液膜过程的数值[J]. 黄虎,洪宁,崔淑琪,施保昌,柴振华. 科学通报. 2017(21)
[2]单液滴撞击液膜的颈部射流模拟及机理分析[J]. 柴敏,陈松,邵长孝,罗坤,樊建人. 工程热物理学报. 2016(08)
[3]表面张力对自由落体液滴形变的影响[J]. 丁思源,王瑞祥,徐荣吉,张一灏,蔡骥驰. 化工学报. 2016(06)
[4]液滴撞击液膜过程的格子Boltzmann方法模拟[J]. 黄虎,洪宁,梁宏,施保昌,柴振华. 物理学报. 2016(08)
[5]单液滴撞击倾斜液膜飞溅过程的耦合Level Set-VOF模拟[J]. 戴剑锋,樊学萍,蒙波,刘骥飞. 物理学报. 2015(09)
[6]液滴自由下落与液面冲击过程的三维数值模拟[J]. 蒋昌波,邓斌,汤寒松,隆院男. 水动力学研究与进展A辑. 2013(06)
[7]液滴撞击深池液面气泡滞留现象模拟及机理研究[J]. 陈森林,郭烈锦. 工程热物理学报. 2013(03)
[8]液滴撞击液膜的射流与水花形成机理分析[J]. 梁刚涛,郭亚丽,沈胜强. 物理学报. 2013(02)
[9]应用Level Set方法模拟三维气泡与液滴的运动[J]. 李彦鹏,关卫省. 地球科学与环境学报. 2007(02)
博士论文
[1]液滴撞击液膜的动力学特性研究[D]. 梁刚涛.大连理工大学 2014
[2]水利枢纽下游水体溶解氧超饱和特性分析及预测[D]. 付健.清华大学 2009
硕士论文
[1]水滴入水过程及其水噪声试验研究[D]. 田茹妍.沈阳农业大学 2017
[2]雨滴击溅下土壤团聚体破坏和迁移特征[D]. 付玉.西北农林科技大学 2017
[3]水滴溅落噪声特性研究[D]. 张卫强.哈尔滨工程大学 2012
本文编号：3502673
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
符号说明
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 液滴撞击液面研究进展
1.2.1 液滴撞击液面基本现象
1.2.2 液滴撞击液面实验研究进展
1.2.3 液滴撞击液面数值模拟研究进展
1.3 本文主要研究内容
2 数值模拟方法
2.1 Gerris简介
2.2 控制方程及其求解方法
2.2.1 时间域的离散
2.2.2 空间域的离散
2.3 网格自适应的实现
2.4 VOF方法
2.5 表面张力模型
2.6 曲率高度函数的计算
2.7 紊流求解方法
2.8 本章小结
3 微小水滴撞击深水液池的空腔运动机理研究
3.1 引言
3.2 计算区域设定
3.2.1 计算区域与其无量纲化
3.2.2 网格自适应条件
3.3 模型验证与率定
3.3.1 定性比较
3.3.2 定量比较
3.4 结果与分析
3.4.1 基本撞击过程
3.4.2 空腔运动的基本特性
3.4.3 空腔形成以及毛细波传播机理
3.5 本章小结
4 椭圆形变下微小水滴撞击深水液池运动的气泡夹带机理研究
4.1 引言
4.2 计算区域设定
4.2.1 计算区域与其无量纲化
4.2.2 网格自适应条件
4.3 模型验证与率定
4.4 结果与分析
4.4.1 较低速度下变形水滴撞击液池的聚合过程
4.4.2 较高速度下变形水滴撞击液池的聚合过程
4.4.3 大型气泡夹带机理
4.4.4 涡环的运动过程
4.5 本章小结
5 结论与展望
5.1 本文主要结论
5.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间主要研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于格子Boltzmann方法的液滴撞击粗糙壁面上液膜过程的数值[J]. 黄虎,洪宁,崔淑琪,施保昌,柴振华. 科学通报. 2017(21)
[2]单液滴撞击液膜的颈部射流模拟及机理分析[J]. 柴敏,陈松,邵长孝,罗坤,樊建人. 工程热物理学报. 2016(08)
[3]表面张力对自由落体液滴形变的影响[J]. 丁思源,王瑞祥,徐荣吉,张一灏,蔡骥驰. 化工学报. 2016(06)
[4]液滴撞击液膜过程的格子Boltzmann方法模拟[J]. 黄虎,洪宁,梁宏,施保昌,柴振华. 物理学报. 2016(08)
[5]单液滴撞击倾斜液膜飞溅过程的耦合Level Set-VOF模拟[J]. 戴剑锋,樊学萍,蒙波,刘骥飞. 物理学报. 2015(09)
[6]液滴自由下落与液面冲击过程的三维数值模拟[J]. 蒋昌波,邓斌,汤寒松,隆院男. 水动力学研究与进展A辑. 2013(06)
[7]液滴撞击深池液面气泡滞留现象模拟及机理研究[J]. 陈森林,郭烈锦. 工程热物理学报. 2013(03)
[8]液滴撞击液膜的射流与水花形成机理分析[J]. 梁刚涛,郭亚丽,沈胜强. 物理学报. 2013(02)
[9]应用Level Set方法模拟三维气泡与液滴的运动[J]. 李彦鹏,关卫省. 地球科学与环境学报. 2007(02)
博士论文
[1]液滴撞击液膜的动力学特性研究[D]. 梁刚涛.大连理工大学 2014
[2]水利枢纽下游水体溶解氧超饱和特性分析及预测[D]. 付健.清华大学 2009
硕士论文
[1]水滴入水过程及其水噪声试验研究[D]. 田茹妍.沈阳农业大学 2017
[2]雨滴击溅下土壤团聚体破坏和迁移特征[D]. 付玉.西北农林科技大学 2017
[3]水滴溅落噪声特性研究[D]. 张卫强.哈尔滨工程大学 2012
本文编号：3502673
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