上浮气泡与自由表面相互作用的ISPH-FVM耦合方法模拟

作     者：徐义祥 杨刚 邢钰林 胡德安 Xu Yixiang;Yang Gang;Xing Yulin;Hu De'an

作者机构：湖南大学机械与运载工程学院特种装备先进设计技术与仿真教育部重点实验室长沙410082 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(11872178) 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2024年第56卷第5期

页      码：1261-1270页

摘      要：上浮气泡与自由表面相互作用的过程涉及复杂的界面拓扑演化,该过程一直是气泡流研究领域广为关注的问题之一.为探究上浮气泡与自由表面相互作用动力学行为,将不可压缩光滑粒子流体动力学(incompressible smooth particle hydrodynamics,ISPH)方法与有限体积法(finite volume method,FVM)相结合提出了一种ISPH-FVM耦合方法.在ISPH-FVM耦合方法中,粒子和网格之间的信息交互是通过核近似插值技术实现,并将连续表面应力模型(continuous surface stress,CSS)引入当前耦合框架中以评估相界面处表面张力效应.此外,CSS模型通过FVM网格上定义的体积分数进行离散和计算,并且网格上的体积分数是通过网格支持域内ISPH粒子的核近似插值获得的.随后,利用ISPH-FVM耦合方法模拟了平衡状态下圆形气泡振荡以及单气泡上升,并将模拟结果与其他数值方法结果进行比较,验证了当前耦合方法中表面张力模型的收敛性以及界面追踪的准确性.为测试ISPH-FVM耦合方法模拟涉及复杂拓扑变化气泡流的性能,对上浮气泡与自由表面相互作用的动力学行为进行了分析,并且研究了不同韦伯数(We)以及雷诺数(Re)对气泡与自由表面相互作用的影响.研究发现,随着We数增加上浮气泡与自由表面相互作用时界面将发生大的畸变并且产生的夹带液滴数量也相应增加,然而上浮气泡与自由表面相互作用的过程并没有随Re数的增加而发生明显差别.

主 题 词：耦合方法 不可压缩光滑粒子流体动力学方法 有限体积法 气泡上升 自由表面 相互作用 

学科分类：080704[080704] 08[工学] 0807[工学-电子信息类] 0827[工学-食品科学与工程类] 0703[理学-化学类] 0701[理学-数学类] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.6052/0459-1879-23-567

馆 藏 号：203127738...