单个三维气泡运动的直接数值模拟-河海大学期刊部主办.PDF

第 卷第 期 河 海 大 学 学 报 （自然 科 学 版 ） (( # -01 , (( R0 ,# 年 月 （ ） !# * N02B@A1 06 O0PA7 Q@7F4B?7CH RAC2BA1 S=74@=4? S4T ,!# 单个三维气泡运动的直接数值模拟 % ! % 张淑君 ，吴锤结 ，王惠民 （ 河海大学环境科学与工程学院，江苏 南京 ； 中国人民解放军理工大学理学院，江苏 南京 ） %, !%*) ! , !%%%% 摘要：采用 （ ）中的 （ ）界面重构方法模拟 -./ -012345065/1278 9:; 974=47?4 :7@4AB ;@C4B6A=4 A1=21AC70@ 了三维气泡在另一种静止流体中的上升和变形运动；在数值模拟的例子中分别考察了不同黏度和 表面张力对气泡在上升过程中的变形及上升速度等的影响 计算结果表明， 界面重构方法可 , 9:; 以正确地模拟气泡的变形、破裂等过程, 黏性和表面张力在气泡运动过程中的作用可以用D0E CF0E ? 数 和 数来描述 在相同的密度和黏度比的情况下，表面张力越大，则气泡的形状变化越小，上 G4H@018? , 升的速度越快，表面张力起着使气泡保持原状的作用；黏性越小，则气泡在上升过程中射流穿透上 表面的时间越早，变形速度越快, 关键词：气泡；表面张力；黏滞系数；数值模拟 中图分类号： 文献标识码： 文章编号： （ ） .(#%, % I % %*) !# # #($ $ ! ! ! 气泡运动存在于许多自然现象和工程实际中，如水轮机和水泵的空化空蚀、船舶螺旋桨水流、气 液化学 反应、废水处理等，因此气泡运动规律的研究也越来越受到国内外学者的关注，各种运动界面追踪的数值模 ［ ］ 拟方法在该领域得到了广泛的应用 % J ( ，如 方法、锋面跟踪法、边界积分法、水平集方法等 在众多数值 KI , 模拟方法中， （ ）方法以其容易实现、计算量小和模拟精度高等优点在模拟气泡运动方面有 -./ -012345065/1278 着不可替代的作用 本文采用 中的 （ ）界面捕捉方法，结合考虑表 , -./ 9:; 974=47?4 :7@4AB ;@C4B6A=4 A1=21AC70@ 面张力的运动方程，模拟单个三维气泡在重力作用下的上升及变形运动, ! 控制方程及其离散 ! , ! 控制方程 考虑表面张力的动量方程为 [ ]