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剪切流中液滴变形及破裂的数值模拟
作者：龚旺杨帆
来源：《能源研究与信息》2024年第01期
文章編号：1008−8857（2024）01−0051−12DOI：10.13259/j.cnki.eri.2024.01.007
摘要：基于格子Boltzmann颜色梯度模型，针对二维剪切流场中液滴的变形及破裂进行了
数值模拟，研究了剪切流动中毛细数Ca、雷诺数Re和流体黏度比λ对液滴变形的影响，并在
Re−Ca相图中区分了三种不同的液滴变形或破裂方式。为了进一步掌握界面对液滴内部不同位
置流体的作用，引入示踪粒子并分析其在液滴内的运动规律。结果表明：随着Ca的增大，液
滴的变形效果和偏转角度更明显，示踪粒子运动受到的影响较大；随着Re的增加，液滴的变
形程度加大，但偏转角度受其影响较弱，示踪粒子运动受其影响显著；在低黏度比（λ0.8）
时，液滴会经历大幅度变形过程，当黏度比继续增大，其变形参数反而会减小；示踪粒子离初
始圆心距离越近，运动路程越大，受到的剪切作用越大，且其在剪切作用下离界面越来越近，
并最终达到稳定状态。
关键词：颜色梯度模型；剪切流动；液滴变形；液滴破裂；示踪粒子
中图分类号：O35文献标志码：A
Numericalsimulationofdropletdeformationandbreakupinshearflow
GONGWang，YANGFan
（SchoolofEnergyandPowerEngineering/ShanghaiKeyLaboratoryofMultiphaseFlowand
HeatTransferinPowerEngineering，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，
Shanghai200093，China）
Abstract：BasedonlatticeBoltzmanncolorgradientmodel，numericalsimulationwascarried
outforthedeformationandbreakupofdropletsintwo-dimensionalshearflow.Effectofcapillary
numberCa，ReynoldsnumberReandviscosityratioλofdifferentfluidsondropletdeformationin
shearflowwasinvestigated.Threedifferentdeformationorbreakupwaysofdropletswere
distinguishedinthephasediagramofRe-Ca.Inaddition，tounderstandtheeffectofinterfaceonthe
fluidinsidethedroplet，tracerparticleswereintroduced，andtheirmotionpatternsinthedroplets
wereanalyzed.ResultsshowthattheincreaseofCanumberresultedinenhanceddeformationeffect
andweakerdeflectionangleofdroplets，whichaffectedthemotionoftracerparticlesgreatly.With
theincreaseofRenumber，thedropletsdeformationbecamestrong，whileweakdeflectionangle
wasobserved.Thesephenomenaaffectedthemotionoftracerparticlessignificantly.Whenthe
viscosityratiowaslow（λ0.8），thedropletsunderwentalargedeformationprocess.Whenthe
viscosityratiocontinuedtoincrease，th
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