毛细管内气泡变形及脉动运动模拟.PDFVIP

第３４卷第３期　　　 计算机应用与软件 Ｖｏｌ３４Ｎｏ．３ ２０１７年３月　　 ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅ Ｍａｒ．２０１７ 毛细管内气泡变形及脉动运动模拟  王志强　刘志宏　张　莹 　谢博伟 （南昌大学机电工程学院　江西南昌３３００３１） 摘　要　　运用ＶＯＦ模型结合ＣＳＦ模型对毛细管内气泡的运动变形进行研究分析。首先对毛细管内不同气泡 直径的运动变形进行数值计算，考虑气泡受粘性力、惯性力和表面张力的作用，计算得到气泡经历圆形、弹状、箭 头状，直至破裂成气泡流；然后对管内气泡运动时气泡破裂进行数值模拟，结果表明不同直径的气泡均存在破裂 临界毛细值；最后对毛细管两边施加脉动载荷，分析脉动载荷下气泡运动情况，得出随着脉动压力波的增加，气泡 在管内的脉动运动更加剧烈，气泡外形也是随压力的脉动变化发生周期性变化。 关键词　　毛细管　流形变化　气泡破裂　脉动运动 中图分类号　ＴＰ３１　　　　文献标识码　Ａ　　　　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００３８６ｘ．２０１７．０３．００９ ＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＯＦＢＵＢＢＬＥＤＥＦＯＲＭＡＴＩＯＮＡＮＤＰＵＬＳＡＴＩＮＧ ＭＯＶＥＭＥＮＴＩＮＣＡＰＩＬＬＡＲＹ  ＷａｎｇＺｈｉｑｉａｎｇ　ＬｉｕＺｈｉｈｏｎｇ　ＺｈａｎｇＹｉｎｇ　ＸｉｅＢｏｗｅｉ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｃｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００３１，Ｊｉａｎｇｘｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ　　ＴｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｕｂｂｌｅｓｉｎｃａｐｉｌｌａｒｙａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙＶＯＦｍｏｄｅｌｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈＣＳＦ ｍｏｄｅｌ．Ｔａｋｉｎｇｖｉｓｃｏｕｓｆｏｒｃｅ，ｉｎｅｒｔｉａｌｆｏｒｃｅａｎｄｓｕｒｆａｃｅｔｅｎｓｉｏｎｅｆｆｅｃｔｉｎｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ，ｗｅｐｒｏｃｅｅｄｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｕｂｂｌｅｓ’ｄｉａｍｅｔｅｒｓｉｎｃａｐｉｌｌａｒｙａｎｄａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｒｅｓｕｌｔｔｈａｔｂｕｂｂｌｅｓｂｒｅａｋｉｎｔｏ ａｂｕｂｂｌｅｆｌｏｗｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｆｏｒｍｏｆｃｉｒｃｌｅ，ｂｕｌｌｅｔｓｈａｐｅａｎｄａｒｒｏｗｓｈａｐｅ．Ｔｈｅｎ，ｗｅｐｒｏｃｅｅｄａｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗｈｅｎ ｔｈｅｂｕｂｂｌｅｓｉｎｃａｐｉｌｌａｒｙｂｕｒｓｔｗｈｉｌｅｍｏｖｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｒｅａｌｌｅｘｉｓｔａｃｒｉｔｉｃａｌｖａｌｕｅｏｆｃａｐｉｌｌａｒｙｒｕｐｔｕｒｅ． Ｆｉｎａｌｌｙ，ｗｅａｐｐｌｙａｐｕｌｓａｔｉｎｇｌｏａｄｏｎｂｏｔｈｓｉｄｅｓｏｆｔｈｅｃａｐｉｌｌａｒｙａｎｄａｎａｌｙｚｅｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｂｕｂｂｌｅｍｏｖｅｍｅｎｔｕｎｄｅｒ ｐｕｌｓａｔｉｎｇｌｏａｄ．Ｗｅａｃｈｉｅｖｅｔｈａｔｐｕｌｓａｔｉｎｇｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｂｕｂｂｌｅｓｉｎｃａｐｉｌｌａｒｙｃｏｍｅｓｔｏｂｅｍｏｒｅｖｉｇｏｒｏｕｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｐｕｌｓａｔｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｖｅ，ａｎｄｔｈｅｂｕｂｂｌｅ’ｓｓｈａｐｅａｌｓｏｃｈａｎｇｅｓｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙｗｉｔｈｔｈｅｐｕｌｓａｔｉｎｇｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　　Ｃａｐｉｌｌａｒｙ　Ｍａｎｉｆｏｌｄｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　Ｂｕｂｂｌｅｂｒｅａｋｕｐ　Ｐｕｌｓａｔｉｎｇｍｏｖｅｍｅｎｔ 已经发展到微米级甚至纳米级，所以宏观的力学及传 ０　引　言 热定理不能够精确地描述其传热传质现象，加上毛