蒸汽-冷流体接触冷凝流动的数值模拟

介绍了关于蒸汽-冷流体直接接触冷凝流动与传热的数值计算模型与部分研究结果。用Level Set方法确定蒸汽-冷流体接触界面的位置和形状,建立了对蒸汽和冷流体普遍适用的动量、能量和质量守恒方程,在能量和质量寺恒方程中增加了部分项用于计算蒸汽冷凝所产生的影响。用有限差分法在交错网格上离散控制方程,用Runge-Kutta法-五阶WENO组合格式求解Level Set输运方程,用压力修正的迭代Projection方法求解动量方程,而用SIMPLE方法求解温度控制方程。对算例的计算结果表明,本文所建立的数值计算模型能反映物理现象的宏观特性。根据计算结果,分析了本文模型的优缺点,并指出了今后改进的方向。     

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     

高密度和高粘度比率下气液两相流动的数值模拟

本文在VOF方法的基础上,采用粗细两套网格对高密度和高粘度比率下的气液两相流动模拟进行了研究分析.在细网格中求解流体体积函数方程,在粗网格中采用交错网格求解动量方程和压力修正方程,通过粗细网格间的数据传递获得求解动量方程时需要的准确的界面密度和粘度及控制体密度,克服了高密度和高粘度比率下通过插值方法计算界面密度和粘度及控制体密度带来较大误差的困难,保证了质量和动量同时守恒.高密度和高粘度比率下气液两相流动中气液交界面处密度、速度和压力急剧变化,为了保证格式的有界性和稳定性,采用稳定的有界高阶组合格式STOIC.最后模拟了不同工况下气泡在液体中的运动,并通过实验和模拟结果验证了方法的可行性及准确性.     

离心式喷嘴内气液两相流动的数值模拟

求解三维不可压NS方程,并应用VOF方法捕获气液分界面,计算不同压降下离心式喷嘴内的气液两相流动状况,研究了不同压降对喷嘴内流动的影响。计算很好地模拟了喷嘴内的气液两相流动,并得到了出口液膜速度、喷雾锥角以及液膜厚度等参数,数值计算所得结果同试验符合得较好,好于经验公式的结果。     

界面不稳定性数值模拟中的虚拟流动方法

研究了流体界面不稳定性的一类数值模拟方法——虚拟流动方法(Ghost Fluid Method).在算法中直接针对多维问题设定虚拟区域的流动参数,在流体力学方程的计算中采用了非分裂型的高分辨SCB格式,最后利用该方法完成了R-M和R-T不稳定性问题的数值计算,得到了满意的计算结果.     

基于格子Boltzmann方法的液液不混溶两相流动数值模拟

具有介观特性的格子Boltzmann方法能够准确方便地捕捉相界面细节,在两相流动领域具有广泛的应用前景.本文在简要介绍格子Boltzmann方法的基础上,利用格子Boltzmann方法的颜色模型对四类经典两相流动问题进行了模拟,界面张力的Laplace定律验证、单液滴松弛过程、两个液滴融合过程、水平通道内不混溶液液两相流动.结果表明,液滴界面张力符合Laplace定律;黏性越大,液滴松弛过程越稳定;界面张力越大,液滴融合速度越快;格子Boltzmann方法能够有效描述液液两相流动的界而信息。研究工作为应用格子Boltzmann方法分析两相流动问题奠定了理论基础.     

一种气体/液滴混合流动模型与数值计算

研究均匀液滴单态氧发生器(TUDOG)的工作机理,为Cl₂/He混合气体横向流过垂直下落的BHP(按重量25%KOH,25%H₂O₂,及50%H₂O)液滴场的化学反应流动建立模型,并对模型方程做数值求解.模型方程中考虑液滴与气体间的质量、动量交换.混合流动的二维模型方程用SIMPLEC方法求解.模拟结果与相关文献提供的实测结果对比较好.结果发现:氯气利用率、单态氧产率随入流气体速度增大而减小,随液滴速度增大而增大;在含液滴区域的上游氯气的吸收利用较显著,对TUDOG的工程设计有参考价值.     

方形分离器内气固两相流动的数值模拟

本文采用颗粒随机轨道模型，并与ｋ－ε模型及应力代数模型相结合，对方形分离器内的三维气固两相流动进行了数值模拟，气相计算得到了与实验结果基本一致的湍流流场，两相计算得出了与实验基本符合的分离器分离效率曲线。计算结果表明，在方形分离器内的旋风流动计算中，ｋ－ε模型及应力代数模型均得到比较合理的结果，并与实验符合较好；两相流动的计算初步分析了方形分离器的分离性能及分离机理，得到对工程设计有指导意义的结论。     

两相壁面射流PDF方程有限分析方法及数值模拟

提出求解位置-速度相空间中高维两相流PDF(probability density function)方程的有限分析方法,将位置-速度相空间颗粒PDF方程约化到速度空间,并解析求解,颗粒的位置PDF用轨道方法求解.对壁面射流两相流动进行数值模拟,并与颗粒雷诺应力轨道方法进行比较计算,结果优于颗粒雷诺应力轨道方法.     

用改进的随机轨道模型数值模拟突扩液固两相流动

用改进的随机轨道模型数值模拟了突扩湍流液固两相流动。两相的轴向速度和湍动能的预报结果与实验符合得很好,同时还给出了不同计算截面上颗粒数密度和质量流量合理分布．预报结果对计算颗粒数敏感程度的研究表明：与通常的随机轨道不同,改进的随机轨道模型只需要很少的计算颗粒就可以给出合理正确的颗粒相分布。     

低温气液两相流数值计算

低温工质两相流动在很多场合都存在,研究深冷剂在两相流动时参数的分布有着很重要的作用.文中采用一维均相流模型对液氮循环流动过程进行稳态数值模拟,得到了循环流动过程中液氮含汽率、压力和温度沿管程方向的分布情况,并对由于不同回路条件引起的不同结果进行了分析.     

基于有限体积虚拟区域方法的两相流动直接模拟

为提高计算效率，提出有限体积法离散下的虚拟区域颗粒两相流动直接模拟方法.在控制方程中加入相应的虚拟区域源项，保证了颗粒内部的刚体运动特性.该源项中含有颗粒信息部分及流体信息部分.在每次迭代后，对源项中的流体信息部分进行更新，从而更好地保证颗粒内速度的刚体分布.计算静止颗粒圆柱绕流及单个颗粒的沉降过程，验证了算法的准确性.     

重新初始化的LS方法跟踪二维可压缩多介质流界面运动

 用非耦合求解方法计算Level Set函数方程与流体力学方程组，应用重新初始化的Level Set函数确保距离函数性质，流体力学方程组采用二阶精度多介质流波传播差分格式计算，重新初始化方程采用五阶WENO格式计算。并给出了二维可压缩多介质流界面运动的计算结果。     

非牛顿流体二维溃坝问题的数值模拟

移动粒子半隐式法(Moving Particle Semi-implicit,MPS)是一种广泛应用于不可压缩自由表面流动的粒子方法。本文通过把非牛顿流体转化为变黏度牛顿流体的处理方法将MPS方法拓展至非牛顿自由表面流动,以Casson流体和Cross流体为例计算了非牛顿流体的二维溃坝问题。将计算结果与前人数据进行了对比,结果吻合较好。同时对比了非牛顿流体与牛顿流体的计算结果,发现非牛顿流体的溃坝前端发展速度较慢。     

基于CE/SE方法的二维Euler型多物质流体弹塑性问题计算

将CE/SE方法推广到二维固体流体弹塑性问题的数值计算,同时结合杂交粒子水平集方法追踪物质界面和合适的边界条件,提出一套完整的二维Euler型流体弹塑性计算方案.通过长钨杆侵彻装甲钢实验的数值模拟,对方法的精度和有效性进行验证.     

自适应多分辨率方法在反应多相流数值模拟中的应用

将自适应多分辨率方法应用到刚性气体状态方程CJ模型的数值模拟,采用多相流问题的守恒锐利界面格式,通过level-set方法和虚拟流体方法来追踪和处理界面,能够很好地处理时间尺度较大的界面交互问题.利用金字塔型数据结构和多分辨率自适应方法,提高算法的存储效率和计算效率.给出一维和二维的数值算例,证明该算法在反应多相流数值模拟中的稳定性和高效性.