Stokes流动中液滴变形的数值模拟

数值模拟研究Stokes流动中的液滴变形问题。采用边界积分方法计算液滴表面的运动,建立在网格能量最小化基础上的自适应表面离散及网格局部重建方法以准确的分辨出变形液滴的形状,并将数值模拟结果与实验结果进行了比较,模拟结果表明,本方法能够较好的模拟液滴变形的动力学特性。     

VOF法模拟剪切流动下液滴的变形和断裂运动

本文对剪切作用下悬浮液滴在另一种不相融的液体中的变形和断裂过程进行了数值模拟.采用VOF(Volume ofFluid)法中的三维PLIC(Piecewise Linear Interface Calculation)算法实现界面的重构和输运,交错网格下投影法离散表面张力为源项的不可压缩Navier-Stokes方程....     

剪切流中液滴变形断裂机理的实验研究

本文描述了剪切流动中牛顿液滴在不相溶连续体相中的变形断裂的机理,采用逆向旋转透明Couette装置及微距摄相技术研究剪切流动中液滴的断裂.实验结果表明液滴的断裂取决于毛细数和粘度比,并通过三种机理得以实现:颈缩、端部夹断和毛细不稳定性.实验结果揭示了产生毛细断裂时的临界液线直径、无量纲毛细波长与剪切率和初始液滴尺寸关系.     

移动网格与Level Set耦合方法在气-液两相流数值模拟中的应用

本文采用自适应移动网格与Level Set函数相耦合的方法来实现气-液两相流的数值模拟与计算.作为自适应网格方法的一种,移动网格方法主要是为了解决发展方程的计算问题而设计的方法.文中给出了移动网格的生成方程,并针对方程的非线性,给出了一种半隐式的离散方法用于进行求解.本文将移动网格方法与Level Set方法相耦合,将控制流体运动的Navier-Stokes方程以及追踪相界面的Level Set方程转换到曲线坐标下,应用一套曲线坐标方程组来同时描述气、液两相流的运动规律,成功实现了对气-液两相流问题的数值模拟.通过对顶盖驱动流的计算以及对液滴沉降现象的模拟计算,验证了本文方法的可靠性.本文对常重力与微重力下两气泡融合的发展规律进行了数值模拟,通过分析对比,得到了重力对两气泡融合变形的影响规律.     

基于CFD/CSD的舵面控制气动弹性数值模拟方法

在动态网格上通过耦合求解流动控制方程和结构动力学方程, 发展了一种舵面控制下飞行器运动响应过程中气动弹性数值模拟研究方法.流动控制方程采用N-S方程, 结构动力学采用线性模态叠加方法, 其中流动控制方程空间离散采用基于非结构网格的有限体积方法, 对流通量采用计算HLLC格式, 非定常时间离散采用基于LU-SGS的双时间步长方法.模拟中, 气动运动和结构变形在双时间步长方法推进过程中采用改进松耦合方法, 气动网格与结构网格之间信息交换采用无限平板样条法实现, 飞行器的运动和变形采用基于重叠网格和Delaunay图映射变形网格相结合的方法进行处理.采用多个考核算例对发展的数值方法进行考核验证, 结果表明该方法可以高效精确模拟舵面开环控制下飞行器运动响应过程中的气动弹性特性.      

基于非结构化网格的多相流场求解与表面张力优化

本文推导了基于非结构化网格的投影法,将其与基于非结构化网格的PLIC方法进行耦合,实现了多相流动相界面的精确构造。从CSF模型出发,对相界面表面张力在非结构化网格上进行了优化,实现了表面张力的精确计算。对静态液滴算例进行了模拟,分别验证了方法的静态和动态准确性。最后模拟和分析了方腔顶盖反向驱动剪切流场中的液滴变形和破裂过程,发现两相流体的黏度比与液滴破裂的临界毛细数呈分段线性关系;液滴半径与临界毛细数之间呈线性关系。     

微管道内两相流数值算法及在电浸润液滴控制中的应用

叙述了一种模拟电介质电润湿(electrowetting on dielectric，EWOD)下的微液滴的运动的数值方法. 采用二阶投影法求解N-S方程和level set 函数，并利用零level set函数俘获液滴运动界面，在液体与固体接触的边界上，通过引入动态接触角表征电介质表面润湿性随电势的改变. 数值计算基于MAC网格，模拟了2维微管道内与固体壁面接触的变润湿性的两种液体的分界面形状、平板上的微液滴在不同电势作用下处于不同湿润性的形态，以及微管道内改变接触角液滴的运动变形过程等算例. 关键词： 电浸润 接触角 level set函数 投影法     

环形燃烧室火焰简及旋流器流场计算

本文采用偏微分方程法生成贴体网格,在任意曲线坐标系下数值研究两种先进燃烧室火焰筒及其旋流器三维紊流流场。由于旋流器的形状复杂,本文采用型线定点法确定网格的边界。在非交错网格系下采用SIMPLE算法和混合差分格式对离散方程进行求解。计算结果表明计算方法合理,这计算程序进一步扩展,可用来预估环形燃烧室反应流流场。     

液滴溅落问题的光滑粒子动力学模拟

对传统的光滑粒子动力学方法进行了改进, 改进的光滑粒子动力学方法对传统粒子方法中的核近似式和粒子近似式进行了修正, 采用Riemann 算法求解光滑粒子动力学流体控制方程, 添加了表面张力的计算程序, 考虑了表面张力对液滴溅落的影响. 应用改进的光滑粒子动力学方法对液滴静止状态下冲击液面的飞溅过程进行了数值模拟. 计算结果表明, 改进的光滑粒子动力学方法能够有效地描述液滴溅落液面的动力学特性和自由表面变化特征, 能够得到稳定精度的结果.     

解三维扩散方程的积分内插法格式

研究三维扩散方程的数值模拟.在非正规六面体网格上,使用积分内插法建立扩散方程差分格式,涉及到27个相邻网格,适用于大变形网格上带间断系数的拟线性扩散方程的计算.叙述差分格式的建立,推导通量流和网格顶点温度的计算公式,给出了数值试验结果.     

Encapsulated drop breakup in shear flow

We investigate the deformation and breakup in shear flow of an encapsulated drop in which both the core and shell are Newtonian fluids. The equations of motion are solved numerically using a level set method to track interface motion. We consider the case of a drop stretched to a given length in constant shear and then allowed to relax. A range of morphologies is produced, and novel kinematics occur, due to the interaction of the core and outer interfaces. A phase diagram is presented to describe the morphologies produced over a range of capillary numbers and core interfacial tensions.     

液滴在气流中破碎的数值分析

液滴的破碎是液体抛撒、破碎和雾化中的一个非常重要的阶段,它直接影响到最终的液滴的尺寸和散布。为了揭示液滴破碎的机理和影响破碎的因素,本文通过应用VOF方法和湍流模型对液滴在气流中的破碎过程进行了数值计算。数值计算得到了与国外实验研究相一致的液滴破碎形状。并根据数值计算的结果,分析了几个特征参数对液滴破碎过程的影响。     

双乳液液滴形变及破碎特性

本文基于VOF（Volume of Fluid）相界面追踪方法,建立了不可压缩W₁/O/W₂双乳液液滴动力学模型并进行了数值求解,模拟了双板平行剪切流条件下液滴在流场中的稳定变形与破碎过程。研究结果表明:液滴的稳定变形程度随着毛细数的增大而加剧,且双乳液内液滴的变形程度要明显小于液滴整体变形程度;液滴雷诺数为0.05时,存在一个0 57～0.58之间的临界毛细数,当液滴毛细数小于临界毛细数时,液滴只发生稳定变形,反之则发生破碎。     

激波诱导的液滴变形和破碎

 建立液滴变形与破碎的模型,提出初始雾化时间概念,由此分析激波后液滴变形和破碎雾化的特征。液滴变形率、完全破碎时间的数值分析结果与实验结果基本一致。     

3D phase-field simulations of interfacial dynamics in Newtonian and viscoelastic fluids

This work presents a three-dimensional finite-element algorithm, based on the phase-field model, for computing interfacial flows of Newtonian and complex fluids. A 3D adaptive meshing scheme produces fine grid covering the interface and coarse mesh in the bulk. It is key to accurate resolution of the interface at manageable computational costs. The coupled Navier–Stokes and Cahn–Hilliard equations, plus the constitutive equation for non-Newtonian fluids, are solved using second-order implicit time stepping. Within each time step, Newton iteration is used to handle the nonlinearity, and the linear algebraic system is solved by preconditioned Krylov methods. The phase-field model, with a physically diffuse interface, affords the method several advantages in computing interfacial dynamics. One is the ease in simulating topological changes such as interfacial rupture and coalescence. Another is the capability of computing contact line motion without invoking ad hoc slip conditions. As validation of the 3D numerical scheme, we have computed drop deformation in an elongational flow, relaxation of a deformed drop to the spherical shape, and drop spreading on a partially wetting substrate. The results are compared with numerical and experimental results in the literature as well as our own axisymmetric computations where appropriate. Excellent agreement is achieved provided that the 3D interface is adequately resolved by using a sufficiently thin diffuse interface and refined grid. Since our model involves several coupled partial differential equations and we use a fully implicit scheme, the matrix inversion requires a large memory. This puts a limit on the scale of problems that can be simulated in 3D, especially for viscoelastic fluids.     

Method of adaptive artificial viscosity

A new finite-difference method for the numerical solution of gas dynamics equations is proposed. This method is a uniform monotonous finite-difference scheme of second-order approximation on time and space outside of domains of shock and compression waves. This method is based on inputting adaptive artificial viscosity (AAV) into gas dynamics equations. In this paper, this method is analyzed for 2D geometry. The testing computations of the movement of contact discontinuities and shock waves and the breakup of discontinuities are demonstrated.     

等离子体的能量分布和电位的数值计算

在方磁阱近似、各向同性位近似以及最低模近似下,用数值方法求解了简化的F-P方程。得到了若干数值结果,结果与物理分析相符合。同时,本文详细地叙述了数值方法。     

On nonlinear resonant four-mode interaction between capillary vibrations of a charged drop

Energy transfer from higher modes of capillary vibrations of an incompressible liquid charged drop to the lowest fundamental mode under four-mode resonance is studied. The resonance appears when the problem of nonlinear axisymmetric capillary vibration of a drop is solved in the third-order approximation in amplitude of the multimode initial deformation of the equilibrium shape of the drop. Although the resonant interaction mentioned above builds up the fundamental mode even in the first order of smallness, its amplitude turns out to be comparable to a quadratic (in small parameter) correction arising from nonresonant nonlinear interaction, since the associated numerical coefficients are small.     

气泡在自由液面破碎后的射流断裂现象研究

在势流假设下, 考虑表面张力以及黏性修正, 建立自由液面在气泡破碎后全非线性运动的数值模型, 给出射流断裂和水滴撕裂的数值处理方法. 同时进行上浮气泡在自由液面破裂的实验研究, 数值解与实验值符合良好.为了研究自由液面在气泡破碎后的运动学机理和规律, 运用开发的程序研究了不同尺寸气泡破碎后的动态特性, 包括从气泡底部顶起的射流、射流断裂以及水滴分裂等复杂的物理现象, 总结了从射流上撕裂出的第一个水滴尺寸、撕裂时间以及最大射流速度的变化规律. 最后讨论了雷诺数与韦伯数对气泡破碎后自由液面运动的影响. 关键词： 气泡 自由液面 破碎 断裂