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相似文献
 共查询到18条相似文献,搜索用时 281 毫秒
1.
气泡与自由液面相互作用的实验研究   总被引:7,自引:0,他引:7       下载免费PDF全文
张阿漫  王超  王诗平  程晓达 《物理学报》2012,61(8):84701-084701
气泡在不同边界附近运动时,其运动特性与在自由场中相比会发生很大变化,特别是当气泡在近自由面附近运动时, 与自由面发生强烈的耦合作用而产生极其复杂的水面现象.为探究其规律,在前人研究的基础上, 采用电火花生成气泡,利用高速摄影系统对气泡与自由液面的相互作用进行了实验观察和研究. 通过对大量实验数据的分析和整理,总结了自由液面的存在对气泡最大半径、脉动周期、射流时间以及射流宽度的影响, 并初步拟合了放电电压与气泡最大半径的关系.对不同水冢现象的具体过程进行了分类和详细的描述, 得出了发生不同水冢现象的决定因素,同时统计得到相同初始条件下水柱最大高度随无量纲距离的变化规律, 为气泡与自由液面相互作用的研究提供了参考.  相似文献   

2.
气泡在自由液面破碎后的射流断裂现象研究   总被引:3,自引:0,他引:3       下载免费PDF全文
倪宝玉  李帅  张阿漫 《物理学报》2013,62(12):124704-124704
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  相似文献   

3.
激光空泡在近自由液面运动特性的实验研究   总被引:4,自引:0,他引:4  
刘涛  王江安  宗思光  梁善永 《光学学报》2012,32(7):714003-160
采用激光技术聚焦击穿液体产生空泡,利用高速摄像系统开展激光空泡与自由液面的相互作用的实验研究。实验研究发现,空泡与自由液面之间的无量纲距离对水下空泡的脉动特性和自由液面的水冢现象存在影响。通过大量实验总结了无量纲距离与空泡半径、空泡脉动周期、自由液面水柱的最大高度和产生水冢时间的相互关系。实验表明无量纲距离越小,空泡脉动周期越短,自由面的水冢现象越明显。同时统计出了在不同无量纲距离范围内所出现的5种不同水冢现象的规律。研究内容为空泡与自由液面相互作用的理论提供了实验依据。  相似文献   

4.
近自由面水下爆炸气泡的运动规律研究   总被引:19,自引:0,他引:19       下载免费PDF全文
张阿漫  姚熊亮 《物理学报》2008,57(1):339-353
基于边界积分法建立水下爆炸气泡与自由面耦合数值模型;并开发相应的计算程序,计算值与实验值符合较好.从气泡与自由面相互作用的基本现象入手,运用开发的程序系统地研究了近自由面水下爆炸气泡的动态特性,包括近自由面气泡的环状回弹及自由面的水冢现象;研究距离参数、浮力参数以及强度参数等特征参数与自由面Bjerknes效应之间的关系,总结相关规律,近自由面气泡的动态特性与这些特征参数有密切的关系.并在研究过程中,讨论了基于Kelvin-impulse理论的Blake准则的适用范围,并解释了Blake准则的失效的原因. 关键词: 气泡 自由面 环状 水冢  相似文献   

5.
有倾角的竖直壁面附近气泡与自由面相互作用研究   总被引:3,自引:0,他引:3       下载免费PDF全文
刘云龙  汪玉  张阿漫 《物理学报》2013,62(21):214703-214703
本文采用边界元方法, 研究了具有倾角的竖直壁面附近气泡与自由面的相互耦合作用. 首先基于不可压缩势流理论, 建立了边界元气泡动力学模型, 并针对无限壁面附近的气泡和自由面作用问题, 采用镜像法模拟了倾斜壁面的作用. 然后, 基于本文所建立的数值模型, 分别计算了不同倾角的壁面对气泡和自由面水冢形态的影响, 发现倾斜角度会导致自由面的边界条件不连续, 从而对其运动产生明显的非线性影响. 最后, 分别分析了无浮力和有浮力情况下倾斜角度对其影响规律. 关键词: 水下爆炸 气泡动力学 倾斜壁面 自由面  相似文献   

6.
基于边界积分法建立水下爆炸气泡与自由面耦合数值模型;并开发相应的计算程序,计算值与实验值符合较好.从气泡与自由面相互作用的基本现象入手,运用开发的程序系统地研究了近自由面水下爆炸气泡的动态特性,包括近自由面气泡的环状回弹及自由面的水冢现象;研究距离参数、浮力参数以及强度参数等特征参数与自由面Bjerknes效应之间的关系,总结相关规律,近自由面气泡的动态特性与这些特征参数有密切的关系.并在研究过程中,讨论了基于Kelvin-impulse理论的Blake准则的适用范围,并解释了Blake准则的失效的原因.  相似文献   

7.
为探究气泡与自由液面相互作用形成水射流的机理,利用高速摄影系统对电火花引起的气泡脉动和水射流现象进行了实验研究.通过改变气泡初始深度,得到了不同无量纲距离条件下气泡与自由面相互作用形成水射流和气泡脉动的动态过程的图像.通过对不同工况下水射流的形成过程的图像进行分析,发现气泡二次脉动引起的水面扰动与一次脉动引起的水面扰动的叠加是产生不同水面现象的实质性机理,而气泡距离自由液面的无量纲距离对两次扰动的叠加效果起着决定性影响.研究结果可以为气泡与自由液面相互作用导致不同水面现象的认知提供新的视角和参考.  相似文献   

8.
李帅  张阿漫 《物理学报》2014,63(5):54705-054705
本文针对毫米量级的上浮气泡在壁面处的弹跳现象进行数值研究.基于势流方法求解气泡的运动,同时考虑气泡的表面张力作用.在伯努利方程中,对气泡与壁面之间水膜中因黏性引起的压力梯度进行修正,开发相应的计算程序,计算值与实验值符合良好.从气泡弹跳的基本现象入手,研究了特征参数对气泡弹跳过程的动态特性以及最终平衡形态的影响.发现随着泡在撞击壁面之前上浮距离增大,气泡回弹距离和弹跳周期增加,但是当上浮距离增加到一定程度后将不会影响气泡的弹跳特性;表面张力是影响气泡弹跳特性的重要因素,气泡的弹跳周期随其增大逐渐减小,但回弹距离却呈现先增后减的规律;最后,影响气泡最终平衡形态的主要因素是气泡的浮力参数与韦伯数.  相似文献   

9.
艾旭鹏  倪宝玉 《物理学报》2017,66(23):234702-234702
基于气泡边界层理论,引入黏性修正,采用边界积分法,考虑黏性效应和表面张力在单气泡以及双气泡耦合作用过程中的影响.首先将建立的数值模型与Rayleigh-Plesset的解析解进行对比,发现二者符合良好,验证了数值模型的有效性;在此基础上,建立考虑流体弱黏性效应的双气泡耦合模型,研究流体黏性和表面张力作用下,气泡表面变形、射流速度、流场能量转换等物理量的变化规律;最后研究雷诺数和韦伯数对于气泡脉动特性的影响规律.结果表明,流体黏性会抑制气泡脉动和气泡射流发展,降低气泡半径和射流速度;表面张力不改变气泡脉动幅值,但缩短了脉动周期,提升气泡势能.  相似文献   

10.
吴伟  孙东科  戴挺  朱鸣芳 《物理学报》2012,61(15):150501-150501
本文建立了二维的格子玻尔兹曼方法-元胞自动机(lattice Boltzmann method-cellular automaton, LBM-CA)耦合模型, 对凝固过程中枝晶生长和气泡形成进行模拟研究. 本模型采用CA方法模拟枝晶的生长, 根据界面溶质平衡法计算枝晶生长的驱动力. 采用基于Shan-Chen多相流的LBM模拟气泡在液相中的生长和运动. 在LBM-CA的耦合模型中包含了固-液-气三相之间的相互作用. 应用Laplace定理和模拟气-液-固三相之间的润湿现象对模型进行了验证. 应用所建立的LBM-CA耦合模型模拟研究了气-液相互作用系数对单气泡生长的影响. 发现单气泡的生长速度和平衡半径随气-液相互作用系数的增大而增大. 定向凝固过程中枝晶和气泡生长的模拟结果再现了枝晶的择优生长、 气泡的优先形核位置、气泡的长大、合并、在枝晶间受挤变形以及在液相通道中的运动等物理现象, 与实验结果符合良好. 此外, 初始气体含量越高, 凝固结束时气泡的体积分数也相对较高. 本模型的模拟结果可以揭示在凝固过程中气泡形核、 生长和运动演化以及与枝晶生长相互作用的物理机理.  相似文献   

11.
The motion of gas bubbles beneath a free surface will lead to a spike of fluid on the free surface. The distance of the bubbles to the free surface is the key factor to different phenomena. When the inception distance varies in some range, crown phenomenon would happen after the impact of weak buoyancy bubbles, so this kind of spike is defined as crown spike in the present paper. Based on potential flow theory, a three-dimensional numerical model is established to simulate the motion of the free-surface spike generated by one bubble or a horizontal line of two in-phase bubbles. After the downward jet formed near the end of the collapse phase, the simulation of the free surface is performed to study the crown spike without regard to the toroidal bubble's effect. Calculations about the interaction between one bubble and free surface agree well with the experimental results conducted with a high-speed camera, and relative error is within 15%. Crown spike in both single- and two-bubble cases are simulated numerically. Different features and laws of the motion of crown spike, depending on the bubble-boundary distances and the inter-bubble distances, have been investigated.  相似文献   

12.
王含  张振宇  杨永明  张慧生 《中国物理 B》2010,19(2):26801-026801
In the inviscid and incompressible fluid flow regime, surface tension effects on the behaviour of an initially spherical buoyancy-driven bubble rising in an infinite and initially stationary liquid are investigated numerically by a volume of fluid (VOF) method. The ratio of the gas density to the liquid density is 0.001, which is close to the case of an air bubble rising in water. It is found by numerical experiment that there exist four critical Weber numbers We1, We2, We3 and We4, which distinguish five different kinds of bubble behaviours. It is also found that when 1 ≤ We < We2, the bubble will finally reach a steady shape, and in this case after it rises acceleratedly for a moment, it will rise with an almost constant speed, and the lower the Weber number is, the higher the speed is. When We > We2, the bubble will not reach a steady shape, and in this case it will not rise with a constant speed. The mechanism of the above phenomena has been analysed theoretically and numerically.  相似文献   

13.
微气泡的生成等基础问题制约着鼓泡脱气技术的发展。本文基于对文丘里鼓泡器内流场的研究,对不同雷诺数下的气泡动力特性进行研究,采用大涡模拟和流体体积法相结合的数值模拟方法,对气泡在不同瞬时动态变化流场下的动力特性进行研究,通过分析气泡在不同湍流下的表面积,气泡球度,以及气泡表面所处的湍流应力,计算气泡所受的破坏应力与聚合应力之比,得到气泡的临界韦伯数随气泡在瞬变湍流中的变化过程,分析气泡破碎的临界条件。  相似文献   

14.
马聪  刘斌  梁宏 《物理学报》2022,(4):153-163
采用介观格子Boltzmann方法模拟界面张力作用下三维流体界面的Rayleigh-Taylor (RT)不稳定性的增长过程,主要分析表面张力对流体界面动力学行为及尖钉和气泡后期增长的影响机制.首先发现三维RT不稳定性的发生存在临界表面张力(σc),其值随着流体Atwood数的增大而增大,且数值预测值与理论分析结果σc=(ρh1)g/k~2一致.另外,随着表面张力的增大,不稳定性演化过程中界面卷吸程度和结构复杂性逐渐减弱,系统中界面破裂形成离散液滴的数目也显著减少.相界面的后期动力学行为也从非对称发展转向始终保持关于中轴线对称.尖钉与气泡振幅在表面张力较小时对其变化不显著,当表面张力增大到一定值后,可以有效地抑制尖钉与气泡振幅的增长.进一步发现,高雷诺数三维RT不稳定性在不同表面张力下均经历4个不同的发展阶段:线性阶段、饱和速度阶段、重加速和混沌混合阶段.尖钉与气泡在饱和速度阶段以近似恒定的速度增长,其渐进速度的值与修正的势流理论模型结果一致.受非线性Kelvin-Helmholtz旋涡的剪切作...  相似文献   

15.
A new approach to generate initial conditions for RANS simulations of Rayleigh–Taylor (RT) turbulence is presented. The strategy is to provide profiles of turbulent model variables when it is suitable for the turbulence model to be started, and then use these profiles for the turbulence model initialization. The generation of turbulence model variable profiles is achieved with a two-step process. In the first step, a nonlinear modal model assuming small amplitude initial perturbations, incompressible and inviscid fluids is used to track the growth of modes that exist in a given initial perturbation spectrum, and also modes generated by mode interactions. The amplitude development of each mode represents the penetration distance of the light fluid into the heavy fluid (bubble penetration), for a given mode perturbation. The penetration distance of heavy fluid into the light fluid (spike penetration), for a given mode perturbation, is inferred from the bubble's height by an empirical relation valid for small initial amplitudes, and established by DNS simulations that depend on a nondimensional time, and the density contrast (Atwood number). It is hypothesized that the bubble front position of the RT mixing layer can be approximated by the largest penetration distance among all existing modes. The spike front position is approximated in the same fashion. The nonlinear model is evaluated by comparing the bubble front height evolution predicted by the model against the bubble front height predicted by an incompressible implicit large eddy simulations (ILES) code. Comparisons of results for “top-hat” and two-band initial perturbation spectra at Atwood numbers, AT =0.3 and AT =0.5 for the former, and AT =0.01 and AT =0.5 for the latter, show reasonable agreement. In the second step, the bubble and spike front positions, their derived velocities, and simplified profiles of the mixture fraction distribution of each fluid between the bubble and spike fronts are used with a two-fluid approximation to derive profiles for the turbulence model variables. When initialized with modal model profiles at start time τ0, (i.e., the time when the turbulence model variable profiles are inferred from the modal model results), the RANS simulations provide at all times τ>τ0 profiles that show good agreement with ILES simulations. The procedure for determining the time at which the RANS model should be started is a representative use, other parameters can be used depending on the application. In this paper, for the purpose of demonstration of the full strategy, τ0 is taken as the time at which the mixing layer growth rate parameter α has reached its asymptotic value in the corresponding ILES simulation.  相似文献   

16.
In this paper, we numerically studied the late-time evolutional mechanism of three-dimensional (3D) single-mode immiscible Rayleigh–Taylor instability (RTI) by using an improved lattice Boltzmann multiphase method implemented on graphics processing units. The influences of extensive dimensionless Reynolds numbers and Atwood numbers on phase interfacial dynamics, spike and bubble growth were investigated in details. The longtime numerical experiments indicate that the development of 3D singlemode RTI with a high Reynolds number can be summarized into four different stages: linear growth stage, saturated velocity growth stage, reacceleration stage and turbulent mixing stage. A series of complex interfacial structures with large topological changes can be observed at the turbulent mixing stage, which always preserve the symmetries with respect to the middle axis for a low Atwood number, and the lines of symmetry within spike and bubble are broken as the Atwood number is increased. Five statistical methods for computing the spike and bubble growth rates were then analyzed to reveal the growth law of 3D single-mode RTI in turbulent mixing stage. It is found that the spike late-time growth rate shows an overall increase with the Atwood number, while the bubble growth rate experiences a slight decrease with the Atwood number at first and then basically maintains a steady value of around 0.1. When the Reynolds number decreases, the later stages cannot be reached gradually and the evolution of phase interface presents a laminar flow state.  相似文献   

17.
A semi-analytical solution is presented for the virtual mass coefficient of an oblate-ellipsoidal bubble rising in liquid. The solution was found to be a function of Weber number. The present solution compared well with the numerical solution of the lattice Boltzmann method and the analytical solutions of other investigators.  相似文献   

18.
本文采用相场格子Boltzmann方法研究了竖直微通道内中等Atwoods数流体的单模Rayleigh-Taylor不稳定性问题,系统分析了雷诺数对相界面动力学行为以及扰动在各发展阶段演化规律的影响.数值结果表明高雷诺数条件下,不稳定性界面扰动的增长经历了四个不同的发展阶段,包括线性增长阶段、饱和速度阶段、重加速阶段及混沌混合阶段.在线性增长阶段,我们计算获得的气泡与尖钉振幅符合线性稳定性理论,并且线性增长率随着雷诺数的增加而增大.在第二个阶段,我们观察到气泡与尖钉将以恒定的速度增长,获得的尖钉饱和速度略高于Goncharov经典势能模型的解析解[Phys.Rev.Lett.200288134502],这归因于系统中产生了多个尺度的旋涡,而涡之间的相互作用促进了尖钉的增长.随着横向速度和纵向速度的差异扩大,气泡和尖钉界面演化诱导产生的Kelvin–Helmholtz不稳定性逐渐增强,从而流体混合区域出现许多不同层次的涡结构,加速了气泡与尖钉振幅的演化速度,并在演化后期阶段,导致界面发生多层次卷起、剧烈变形、混沌破裂等行为,最终形成了非常复杂的拓扑结构.此外,我们还统计了演化后期气泡与尖钉的无量纲加速度,发现气泡和尖钉的振幅在后期呈现二次增长规律,其增长率系数分别为0.045与0.233.而在低雷诺条件下,重流体在不稳定性后期以尖钉的形式向下运动而轻流体以气泡的形式向上升起.在整个演化过程中,界面变得足够光滑,气泡与尖钉在后期的演化速度接近于常数,未观察到后期的重加速与混沌混合阶段.  相似文献   

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