基于VOF模型的浮式消波海流机性能优化

针对浮式消波海流机样机测试时出现的问题,对其吃水深度线和叶片安装角度进行优化。根据装置结构特点,用Gambit建立了装置横截面的二维网格模型。根据浮式消波海流机实际工作环境,利用Fluent流体仿真软件,使用VOF(volume of fluid)两相流模型,分配空气相与液态水相在流域中的不同比例,来确定不同的吃水深度线。并且结合k-epsilon紊流模型建立模拟仿真环境。先对3种水线进行仿真分析,然后进行实验验证。通过分析对比装置的3种不同吃水深度线的模拟与实验结果,得到装置的最优吃水深度线为1/3水线。基于最优吃水深度线,分别对叶片的4种安装角度在相同的仿真环境中进行模拟仿真。利用仿真得到的扭矩数据,计算扭矩系数、功率系数,分析对比仿真数据以及仿真过程中扭矩趋势图得出4种叶片安装角度的最优角度是90°。吃水深度线决定了装置的消波能力,并且为叶片获能提供条件,叶片安装角度直接影响着装置的获能效率,所以最优的吃水深度线和叶片安装角度对海流机的消波能力和获能效率具有重要意义。

水平通气横流中气泡的运动特性数值模拟

通过模拟在恒定液相速度下的水平管内水平通入气体,重点考察密度、粘性、表面张力对管内气泡运动特性的影响,从而揭示化工等领域相关两相体系的规律。模拟采用有限体积法求解二维的Navier-Stocks方程,并运用VOF(volume of fluid,流体体积法)方法捕捉气液界面,速度与压力的耦合求解采用压力隐式分割算法(PISO)。结果表明:以常温下的水为标准液相介质,仅改变单一参数;液相密度增加至2500 kg/m^(3),小气泡的个数增加了80%,基本呈线性增加,对大气泡的直径没有明显影响;液相粘度对气泡数量和直径的影响会存在峰值且影响较小,液相粘度变成标准的一半或10倍,气泡个数都减少了20%,大气泡的直径增大10%;表面张力越小,奥斯托数越大,气泡破碎效果越剧烈,但表面张力在小于0.072 N/m时趋势更明显。