氣泡潰滅時一些復(fù)雜物理現(xiàn)象數(shù)值模擬的Level Set方法.pdf

1、本文采用改進(jìn)的Level Set方法和基于原始流動變量的不可壓N-S方程的計算流體力學(xué)方法,分別對浮力氣泡和剛性固壁附近空化氣泡的潰滅過程進(jìn)行了模擬研究.一方面注重數(shù)值方法的研究,完善和創(chuàng)造性地提出適用于氣泡潰滅問題計算方法,并保證計算的穩(wěn)定性和計算精度,另一方面通過計算結(jié)果的分析對氣泡潰滅過程中復(fù)雜物理現(xiàn)象的機理進(jìn)行合理解釋,并探討各種物理參數(shù)的影響.采用LS(Level Set)方法來追蹤氣泡和液體的運動界面,介紹了LS方法的基本原

2、理,采用高精度離散格式保證數(shù)值穩(wěn)定性,修正的Godunov方案、三階精度的TVD-Runge-Kutta法和二階精度ENO格式,對LS變量進(jìn)行重新初始化,使LS變量始終保持為距離函數(shù),并有很好的質(zhì)量守恒性.建立浮力氣泡運動界面問題單一流質(zhì)不可壓兩相流數(shù)學(xué)模型.采用Level Set,二階上風(fēng)TVD對流格式,限制函數(shù)和SIMPLE法相結(jié)合的方法,針對存在強間斷物質(zhì)界面(很大的密度和粘度比)、強非線形對流項(可能出現(xiàn)的高Re數(shù))、強源項(表

3、面張力和浮力的作用),以及較大的拓?fù)渥冃蔚母×馀輪栴},在交錯非均勻網(wǎng)格體系中積分或微分離散各控制方程,并進(jìn)行編程模擬計算.建立固壁附近初始球狀純蒸汽空化氣泡潰滅問題的不可壓縮單相流數(shù)學(xué)模型.采用氣泡內(nèi)部ENO速度插值法和氣泡內(nèi)部MAC投影法(MAC Projection Method),改進(jìn)Level Set方法,使之能進(jìn)行空化泡潰滅問題的計算.采用MAC投影法進(jìn)行氣泡外流場的計算.建立固壁附近內(nèi)含可壓縮非凝結(jié)氣體并伴有相變現(xiàn)象的空化

4、泡生長、潰滅和反彈等過程行為的氣泡外不可壓單相流數(shù)學(xué)模型.采用氣泡內(nèi)部最小二乘法速度插值和氣泡內(nèi)部MAC投影法(MAC Projection Method),改進(jìn)Level Set方法,使之能進(jìn)行空化泡振蕩問題的計算.剛性壁面的作用,則使氣泡在潰滅過程中形成穿刺氣泡的射流并出現(xiàn)射流撞擊現(xiàn)象.射流撞擊形成有很大量值和梯度的新壓力中心,改變了整個流場的分布格局并使之復(fù)雜化.射流撞擊后繼續(xù)向下擴展的射流造成對剛性壁面的沖擊是空蝕現(xiàn)象的根本原因