复杂两相流中界面追踪方法——VOSET的性能分析

界面追踪方法——VOSET(coupled Volume-of-Fluid and Level Set method)结合了VOF和Level Set两种方法的优点,克服了这两种方法的缺点。VOSET方法采用VOF方法捕捉两相间的界面,保持了两相间的质量守恒,克服了Level Set方法质量不守恒的缺点;利用几何计算方法计算界面附近的Level Set函数,从而可以计算出准确的界面曲率和光顺界面附近突变的物理量,克服了VOF方法利用流体体积函数C计算界面曲率误差较大和光顺界面附近突变的物理量效果较差的缺点,因此该方法较VOF和Level Set方法更加精确。采用VOSET方法对两个及多个气泡的上升和溶并过程进行模拟,分析了复杂两相流动问题中VOSET方法的质量守恒特性、几何计算方法的可行性及求解过程的稳定性。本文的研究工作将为VOSET方法的推广应用奠定基础。

VOF与Level Set耦合的界面计算方法及其对波浪破碎过程的模拟

破碎波浪传播过程的数值模拟是研究波浪破碎特性的重要手段。文章提出了一种用于计算界面的VOF和Level Set耦合算法,从而利用VOF方法质量守恒、Level Set方法能够更准确计算法向量的优点。体积分数采用一种较新的VOF几何方法——isoAdvector方法计算,并在此基础上建立了基于等值面的界面重构算法,Level Set函数通过几何迭代方法进行计算并用于计算法向量。通过溃坝问题的求解,验证了该方法的有效性,并将其应用于波浪在地形上传播破碎问题的求解,与实验结果进行对比,说明该方法可以很好地模拟复杂地形上的波浪传播破碎问题。

均匀直流电场作用下贴壁气泡变形特性

为了获得均匀直流电场作用下贴壁气泡的变形特性,开发电场力模型,并与基于轴对称坐标系的VOSET方法相耦合,采用数值模拟的方法研究电场力、浮升力、表面张力、毛细力对气泡变形的影响。同时,开展可视化实验对数值算法进行验证。研究结果表明:电势与电场在气液界面附近发生扭曲,电场力指向气泡内部,挤压气泡沿电场方向伸长;电场强度与液体介电常数越大,电场力越大,气泡变形越明显;浮升力作用减弱,表面张力与电场力作用增强,气泡高度明显增加;表面张力具有维持气泡形状的能力,表面张力系数越小,当无外加电场时,气泡高度越小,施加电场后,气泡高度随电场强度增加而增大的幅度越大;接触角越大,气泡高度随电场强度增加而增大的幅度越大。

基于非结构化网格的VOSET界面追踪法研究

本文提出了一种基于非结构化网格VOSET界面追踪方法。该方法采用迭代几何方法计算符号距离函数,从而得出精确的表面张力和界面附近光顺的物性参数(密度、黏度等)。通过正反剪切速度场下圆形界面的变形和恢复问题验证方法的精确性。结果表明,所构建的非结构VOSET方法精度高,较传统的非结构VOF优势明显。

一种基于VOSET方法的三维矩形截面通道内流动沸腾传热数值模拟方法

本文基于VOSET方法,考虑流固耦合传热、微液层、动态接触角等因素的影响,并引入合理的核化密度模型,构建了一套可适用于三维矩形截面通道内流动沸腾传热研究的数值模拟方法。该方法可较为精确的描述三维矩形通道内流动沸腾传热,流型、干斑和微液层演变规律等。将本文所构建的流动沸腾模拟方法计算结果与经典经验关联式对比可得:平均相对误差为24.8%,最大相对误差为28.9%,计算精度在可接受的范围之内。