基于格子玻尔兹曼方法的双液滴撞击壁面液膜的热特性演化过程

为了研究并排双液滴撞击覆有液膜的高温壁面过程中壁面热流密度分布特征,基于水热耦合双分布函数格子玻尔兹曼伪势模型,探究了液滴间距、撞击速度和液相黏滞系数在不同时刻对壁面瞬时热流密度分布的影响。结果表明：低温液滴的扩散与下潜导致撞击区和中心射流区的壁面与液膜之间的温度梯度上升,引起撞击区和中心射流区壁面热流密度骤增。撞击区传热形式以对流传热为主,静态区受液冠处速度不连续性影响,其传热形式以扩散传热为主。双液滴撞击速度增大导致液滴下潜和扩展程度加深,液膜内部对流传热增强。双液滴间距增加引起双液滴内侧液冠在液膜内扩展空间增大,造成瞬时壁面高热流密度区域面积增加,利于散热。此外,更大的液相黏滞系数增大了液滴撞击液膜过程中的黏滞耗散,降低低温液滴的下潜程度和撞击区的液膜流场对流强度,导致壁面热流密度峰值减小。     

基于格子玻尔兹曼方法的多型绕流数值模拟

格子玻尔兹曼方法作为一种新颖的计算流体动力学方法,能够模拟多种复杂的流体问题.本文简要介绍了格子玻尔兹曼方法基本理论与它最重要的LBGK模型及其边界条件.应用格子玻尔兹曼方法对6种不同形状的障碍物以及同一障碍物分别在3种不同雷诺数下的绕流进行了数值模拟计算,得到了多种形状障碍物绕流在同一时刻的速率分布和涡量分布;对圆柱绕流在一个脱落周期内的变化进行了分析;对棱柱在不同雷诺数下的绕流速率与涡量分布进行了对比.结果表明,格子玻尔兹曼方法计算稳定可靠,效率高,是计算流体动力学强大的数值模拟方法之一.     

T型微通道内气液两相流数值模拟

采用相场方法,在湿壁面条件下对T型微通道内不可压缩气液两相流动进行了模拟研究.数值模拟中得到微通道内特有气泡——Taylor气泡形成的过程,发现其形成共经历了4个阶段,气泡在形成过程中主要受到挤压力、表面张力、黏性力的作用,分析各阶段这3种力对气泡的作用,得到Taylor气泡形成机理.计算结果表明,挤压力和表面张力在气泡整个形成过程都起作用,表面张力在气泡脱离前达到最小值,黏性力仅在气泡形成前两阶段起作用并在阻塞阶段取得最大值.这些基本规律为有效控制微通道内气泡尺寸和微通道系统设计提供了一定的依据.     

两相格子Boltzmann方法的液滴冲击流动液膜数值模拟

基于最新的两相格子Boltzmann模型(Lee模型)在数值方法上进行了改进,进一步提高了模型在大密度比下的数值稳定性。基于改进后的模型首先研究了二维液滴冲击静止液膜,计算得到的溅射根部铺展半径与实验结论一致吻合,从而验证了改进后模型的正确性。进一步数值模拟了液滴冲击流动液膜的溅射过程,考虑了不同的液膜液滴速度比和液膜相对厚度对流动过程的影响。计算结果与冲击静止液膜的计算结果和实验结论进行了对比,总结了溅射过程中溅射铺展半径和溅射高度随时间的变化规律,论述了流动现象产生的内在机理。     

微通道气体流动的格子波尔兹曼模拟

通过隐式格子波尔兹曼方程,并采用壁面平衡边界条件以及二阶关系,模拟了微通道气体流动中的非线性压力和壁面滑移速度,模拟结果与Arkilic的解析结果十分吻合,验证了格子波尔兹曼方法在滑移流区的有效性。     

T型微小通道内两相流分流与分离调控研究进展

T型通道内的两相流流动和传递过程广泛存在于石油化工、生物制药、电子冷却等各个领域,而伴随社会进一步微型化、精细化的需求,微小尺度下T型通道内的流动过程及界面受力分析研究的重要性逐渐凸显。尺度的减小使得流动过程中主导作用力由重力等体积力转变为毛细力等表面力,界面运动及相作用机理也随之发生变化;同时,在微尺度下,等径与非等径T型微通道使得两相流流动呈现相分流和相分离两种具有本质区别的流动规律。目前,等径微通道中相分流的研究多以实验为主,探索各种因素对两相分流特性的影响,诸如入口流型、表观速度、表面张力等;而真正针对非等径微通道内实现相分离的研究较少,且仅限于关注实现两相完全分离的条件及分离性能。鉴于微尺度尤其是非等径跨尺度T型微通道内相分离界面运动复杂、界面受力难于测量等原因,直至如今,相分离过程中的界面受力分析、分离机理以及相分布的主动调控仍是阻挡多孔结构在多相工质中高效利用的关键科学问题;急需实验与数值相耦合的机理研究,最终实现简单多孔结构在实际多相流场合中的广泛应用。     

基于格子Boltzmann方法的空泡溃灭过程模拟

针对自由边界的三维空泡溃灭问题,以格子Boltzmann方法为流场核心求解器,结合伪势多相流模型与Carnahan-Starling(C-S)状态方程,开展了定压边界条件下,不同温度、初始溃灭半径的三维空泡溃灭过程的模拟研究．通过模拟给出了空泡溃灭过程中流场的两相界面图,并定量分析了三维空泡溃灭时间随着半径变化的关系．结果表明：在定压强边界下,空泡的初始半径与总溃灭时间呈线性相关,且不同温度、不同初始半径的空泡溃灭具有相似的过程;相同温度条件下,空泡溃灭速度随时间不断增加,空泡初始半径越大,空泡溃灭速率最大值出现的时间越晚;对于相同半径条件下,温度比越大,空泡溃灭最大速率出现的时间越晚．     

矩形微通道内液滴产生和运动特性实验研究

摘要： 借助于高速电荷耦合器件(CCD)相机,对宽125 μm、深300 μm的聚二甲基硅氧烷（PDMS）微通道内的液滴产生和流动进行了可视化实验研究,通过改变水（离散相）和硅油（连续相）的流量比,分析了液滴的长度、运动速率和产生频率的变化情况.结果表明：微通道内液滴的无量纲长度与水、油流量比之间存在着明显的线性关系;而液滴的运动速率比两相混合物的表观速率大.同时,提出了能够简单、准确描述液滴运动速率的实验拟合公式,并建立了预测液滴产生频率的模型.与实验结果对比发现,所建模型的预测值与实验值较吻合,两者偏差在± 12%以内.
关键词：中图分类号：文献标志码： A     

基于格子Boltzmann方法的储层岩石油水两相分离数值模拟

针对岩石物理试验中ffl现的孔隙流体(油水)两相分离现象,应用格子Boltzmann(LB)]方法中的两相不相溶流体的伪势模型,对油水界面动力学行为进行微观数值模拟,分析多孔介质中两相流动的微观特征,并从理论上给出两相不相溶流体界面张力因子Gf,值的确定方法.模拟由于表面张力造成的油水两相分离现象,在此基础上研究润湿性对真实储层岩心孔隙流体两相分离的影响,并实现全程动态可视化.研究表明,用LB方法进行储层岩石油水两相分离简便易行、形象直观,是研究流体分离规律和特点的重要评价方法.     

湿壁面条件下T型微通道内两相流数值模拟

采用相场法,数值模拟T型微通道内不可压缩两相流动.改变毛细数大小,在壁面和连续相完全浸润的条 件下,得到离散相的两种形成机理:挤压机理和滴落机理,并发现挤压机理下离散相的形成对主通道内连续相流动 影响较大,离散相形成前后,滴落机理下离散相底部壁面的黏性切应力比挤压机理下的大.对于不同的流量比,壁 面和连续相浸润程度减弱,挤压机理下离散相长度增加,离散相前后端形状逐渐不对称,大流量比下会使离散相在 主通道下游脱离,滴落机理下壁面湿度变化对离散相尺寸和形状影响微弱.这些基本规律,为有效控制微通道内离 散相的尺寸和制造微通道设备材料的选择提供了依据.     

用于求解Poisson方程的格子Boltzmann模型

提出一个求解Poisson方程的格子Boltzmann模型.通过使用Chapman-Enskog展开和多尺度展开得到了在不同时间尺度下的系列偏微分方程及平衡态分布函数和具有三阶截断的误差修正Poisson方程.用该模型计算Kolmogorov流和Green-Taylor涡流,并与解析解进行比较,计算结果表明,数值结果与经典解析结果基本相符.     

反应扩散问题的格子波尔兹曼模型

本文利用格子波尔兹曼方程、Chapman—Enskog展开及多尺度技术,建立了二维反应扩散问题的格子波尔兹曼模型,给出了可用于求解反应扩散系统的LBM方法。     

用于Beltrami流的格子Boltzmann算法

给出Beltrami流动中流体质点位移的格子Boltzmann算法. 引入Beltrami涡流的概念, 并给出涡量和速度的结构. 应用格子Boltzmann算法模拟Beltrami流的Arnold-Beltrami-Chidress(ABC)解.     

非挥发性溶质溶液两相问题的格子Boltzmann方法

溶液的气液两相体系广泛存在于工程问题中。由于其多组分和多相态以及组分之间相互作用的复杂性,用传统数值方法进行研究较为困难。该文提出了一种适用于非挥发性物质稀溶液的气液两相问题的格子Boltzmann方法。在Shan-Chen多组分格子Boltzmann模型的基础上,引入溶质与溶剂粒子间的作用力,建立了合理的作用力模型,完成了对溶液气液两相体系的数值模拟。模拟出了溶质的非挥发性以及表面非活性物质溶液的表面性质。表面吸附及表面张力的计算结果与相应理论公式符合很好。     

热波方程的格子Boltzmann模型

用格子Boltzmann方法(LBM)研究热波方程, 构建了热波方程的格子Boltzmann模型, 运用该模型对一维和二维热波问题进行数值模拟, 并将LBM数值解与其他经典结果进行比较, 表明该方法可以用于模拟热波问题.     

多震源地震压力波的格子Boltzmann模型

给出一种新的用于模拟地震压力波的格子Boltzmann模型. 使用压力分布函数的Chapman Enskog展开和多重尺度技术, 给出满足地震压力波方程要求的高阶矩以及简单的平衡态分布函数表达式. 利用这个模型, 模拟了多震源引起的地震压力波运动, 数值结果可以同差分方法的结果进行比较.     

哈密顿系统的格子Boltzmann模型

给出哈密顿系统的格子Boltzmann算法.在一个反应-扩散系统的格子Boltzmann模型中, 通过对细观参数进行控制,给出哈密顿系统所对应的平衡态分布函数, 并应用格子Boltzmann算法模拟一个简单的单摆运动行为.     

用于可压缩Navier-Stokes方程的多速度级与多能级

构造了用于可压缩Navier Stokes方程的25 bit格子Boltzmann模型, 它具有3个速度级和3个能级. 令其局部平衡态分布函数具有质量、 动量和能量守恒, 同时假设平衡态分布函数满足高阶矩条件, 得到了具有二阶截断误差的可压缩Navier Stokes方程. 数值模拟表明, 所得结果比一阶模型的结果有较高的精度与分辨率.     

具势亚声速小扰动流动的格子Boltzmann模拟

给出一种新的用于模拟亚声速流小扰动下的格子Boltzmann模型, 通过使用Chapman Enskog展开和多尺度技术, 得到一系列的格子Boltzmann方程,给出了满足亚声速流小扰动线化方程的平衡态分布函数表达式. 数值结果表明, 这种方法能很好地再现经典理论结果.