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使用流体体积技术分析多相流:静止液体中气泡上升的具体情况。 (英语) Zbl 1444.76118号

小结:本文介绍了利用流体体积(VOF)技术跟踪界面的静止液体中上升气泡的数值研究。首先,由M.拉斯特罗等【《流体力学杂志》682、434–459(2011;Zbl 1241.76045号)]关于气泡的直线运动R.悬崖J.R.格雷斯M.E.韦伯【气泡、液滴和粒子。纽约:学术出版社(1978年)】建议在锯齿状上升区,方便地制作无量纲,以确定各种气泡尺寸和流体性质的气泡终端速度。此外,这两个相关性的交叉点给出了临界韦伯数{We}_c=\left(\rho_l U_T^2 D/\sigma\right)_c),在给定莫顿数的液体中,从直线气泡运动到之字形气泡运动的转变,(\mathrm{Mo}=g\mu_l^4/\sigma ^3\rho_ l)。关于数值模拟,评估了两种不同的开源解算器,即InterFoam和Gerris Flow Solver,以通过执行二维轴对称模拟来描述沿直线路径上升的稳定气泡的运动。模拟结果表明,在InterFoam的情况下,存在寄生电流和取决于网格分辨率的可变结果,而在Gerris中没有观察到虚假结果,因此更适合这些类型的流动。最后,数值结果表明,虽然气泡内部的流场受气体密度和粘度的影响很大,但气体性质几乎不影响气泡的终端速度和形状。这一结果可能与传热传质过程有关,在该过程中,气泡内诱导的对流运动可以增强质量扩散或热交换。

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76T10型 液气两相流,气泡流
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参考文献:

[1] Muzaferija,S。;Perić,M.,使用界面跟踪和界面捕获方法计算自由表面流,(Mahrenholtz,O.;Markiewicz,M.,非线性水波相互作用(1998),计算力学出版物:南安普顿计算力学出版物),59-100,(第3章)
[2] 图科维奇。;Jasak,H.,表面张力主导界面流体流动的移动网格有限体积界面跟踪方法,计算。流体,55,70-84(2012)·Zbl 1291.76223号
[3] 斯卡多维利,R。;Zaleski,S.,自由表面和界面流动的直接数值模拟,年度。流体力学版次。,31, 567-603 (1999)
[4] Tryggvason,G。;斯卡多维利,R。;Zaleski,S.,《气液多相流的直接数值模拟》(2011),剑桥大学出版社·Zbl 1226.76001号
[5] Van Sint Annaland,M。;迪恩,N.G。;Kuipers,J.A.M.,使用三维流体体积法对气泡行为进行数值模拟,化学。工程科学。,60, 11, 2999-3011 (2005)
[6] Chern,I.-L。;格利姆,J。;O.麦克布莱恩。;Plohr,B。;Yaniv,S.,《气体动力学前沿跟踪》,J.Compute。物理。,62, 1, 83-110 (1986) ·Zbl 0577.76068号
[7] Sussman,M.,《计算不可压缩两相流解的水平集方法》,J.Compute。物理。,114, 146-159 (1994) ·Zbl 0808.76077号
[8] 哈洛,F.H。;Welch,J.E.,含自由表面流体随时间变化的粘性不可压缩流动的数值计算,物理。流体,8,12,2182-2189(1965)·Zbl 1180.76043号
[9] 希特,C.W。;Nichols,B.D.,自由边界动力学的流体体积(VOF)方法,J.Compute。物理。,39, 1, 201-225 (1981) ·Zbl 0462.76020号
[10] Gerlach,D。;托马尔,G。;比斯瓦斯,G。;Durst,F.,《表面张力主导两相流的流体体积法比较》,《国际传热杂志》,49,740-754(2006)·Zbl 1189.76363号
[11] 戈帕拉,V.R。;van Wachem,B.G.M.,《非混溶流体和自由表面流动的流体体积法》,《化学》。《工程杂志》,141,1-3,204-221(2008)
[12] 皮利奥德,J.E。;Puckett,E.G.,跟踪材料界面的二阶精确流体体积算法,J.Compute。物理。,199, 2, 465-502 (2004) ·Zbl 1126.76347号
[13] 乔恩·G。;Petelin,S。;Tiselj,I.,流体体积界面跟踪算法的数值误差,国际期刊数值。方法。流体,38,4,329-350(2002)·Zbl 1009.76073号
[14] 西奥多拉卡科斯,A。;Bergeles,G.,使用vof方法和界面周围的自适应网格局部细化模拟尖锐气液界面,国际期刊Numer。方法。流体,45,4,421-439(2004)·Zbl 1085.76551号
[15] 王,J.P。;Borthwick,A.G.L。;Taylor,R.E.,动态自适应四叉树网格上的有限体积型vof方法,国际数字杂志。方法。流体,45,5,485-508(2004)·Zbl 1085.76537号
[16] Brackbill,J.U。;科特,D.B。;Zemach,C.,《模拟表面张力的连续体方法》,J.Compute。物理。,100, 2, 335-354 (1992) ·Zbl 0775.76110号
[17] Harvie,D.J.E。;Davidson,M.R。;Rudman,M.,流体体积模拟中寄生电流产生的分析,应用。数学。型号1。,30, 10, 1056-1066 (2006) ·Zbl 1163.76401号
[18] 拉法里,B。;纳尔多,C。;斯卡多维利,R。;Zaleski,S。;Zanetti,G.,《利用surfer对多相流进行建模、合并和破碎》,J.Compute。物理。,113, 1, 134-147 (1994) ·Zbl 0809.76064号
[19] Jamet,D。;托雷斯,D。;Brackbill,J.U.,《表面张力的理论和计算:通过第二梯度法中的能量守恒消除寄生电流》,J.Compute。物理。,182, 1, 262-276 (2002) ·Zbl 1058.76597号
[20] Tong,A.Y。;Wang,Z.,毛细主导自由表面流动的数值方法,J.Compute。物理。,2212506-523(2007年)·Zbl 1216.76055号
[21] Popinet,S.,《表面张力驱动界面流动的精确自适应解算器》,J.Compute。物理。,228, 16, 5838-5866 (2009) ·Zbl 1280.76020号
[22] Khokhlov,A.M.,自适应细化流体动力学模拟的全线程树算法,J.Compute。物理。,143, 2, 519-543 (1998) ·Zbl 0934.76057号
[23] 弗朗索瓦,M.M。;康明斯,S.J。;Dendy,E.D。;科特,D.B。;西西里岛,J.M。;Williams,M.W.,体积跟踪框架内连续和尖锐界面表面张力模型的平衡力算法,J.Compute。物理。,213, 1, 141-173 (2006) ·Zbl 1137.76465号
[24] Fuster博士。;Agbaglah,G。;Josserand,C。;波皮内特,S。;Zaleski,S.,《液滴、气泡和波的数值模拟:最新进展》,《流体动力学》。研究,41,6,065001(2009)·Zbl 1423.76002号
[25] Popinet,S.,Gerris:复杂几何中不可压缩Euler方程的基于树的自适应求解器,J.Compute。物理。,190, 2, 572-600 (2003) ·兹比尔1076.76002
[27] Berberović,E。;Van Hinsberg,N.P。;Jakirlić,S。;罗伊斯曼,I.V。;Tropea,C.,《跌落到有限厚度的液体层上:空腔演化动力学》,Phys。版本E,79,3,036306(2009)
[28] Deshpande,S.S。;Anumolu,L。;Trujillo,M.F.,评估两相流求解器interFoam,Compute的性能。科学。路虎发现,5014016(2012)
[29] 古铁雷斯-蒙特斯,C。;博拉尼奥斯·吉梅内斯,R。;塞维利亚,A。;马丁内斯·巴赞(Martínez-Bazán,C.),《平面同流空气-水片中周期性起泡状态的实验和数值研究》,《国际多相流杂志》,50,106-119(2013)
[30] Cano-Lozano,J.C。;Bohorquez,P。;Martínez Bazán,C.,真实形状的固定轴对称气泡的尾流不稳定性,Int.J.多相流,51,11-21(2013)
[31] 巴加,D。;韦伯,M.E.,《粘性液体中的气泡:形状、尾迹和速度》,《流体力学杂志》。,105, 61-85 (1981)
[32] 克利夫特,R。;格雷斯,J.R。;韦伯,M.E.,《气泡、水滴和粒子》(1978),学术出版社
[34] Legendre,D。;泽尼特,R。;Velez-Cordero,J.R.,《关于液体中气泡的变形》,Phys。流体,24,6,043303(2012)
[35] 泽尼特,R。;Magnaudet,J.,《上升球形气泡的路径不稳定性:形状控制过程》,Phys。流体,20,4,061702(2008)·兹比尔1182.76867
[36] Maxworthy,T。;格南,C。;库尔滕,M。;Durst,F.,《清洁粘性液体中气泡上升的实验》,J.流体力学。,321421-441(1996年)
[37] Duineveld,P.C.,《高雷诺数纯水中气泡的上升速度和形状》,《流体力学杂志》。,292, 325-332 (1995)
[38] 韦格纳,P.P。;Parlange,J.-Y.,球形帽气泡,年度。流体力学版次。,5, 79-100 (1973)
[40] De Vries,A.W.G。;Biesheuvel,A。;Van Wijngaarden,L.,《纯水中气泡上升的路径和尾迹注释》,《国际多相流杂志》,28,11,1823-1835(2002)·Zbl 1137.76561号
[41] 穆金,G。;Magnaudet,J.,《上升泡沫的路径不稳定性》,Phys。修订稿。,88, 1, 145021-145024 (2002)
[42] 新墨西哥州艾伯斯。;Tapucu,A.,《关于气泡在静止液体中上升的阻力和形状的研究》,Wärme-Stoffübertragung,2,3,171-177(1969)
[43] Lindt,J.T.,《关于上升气泡阻力的周期性》,《化学》。工程科学。,27, 1775-1781 (1972)
[44] Saffman,P.G.,《关于水中小气泡的上升》,J.流体力学。,1, 3, 249-275 (1956) ·Zbl 0074.20502号
[45] Mendelson,H.D.,从波动理论预测气泡终端速度,AIChE J.,13250-253(1967)
[46] 拉斯特罗,M。;玛丽·J·L·。;Lance,M.,固体旋转流中清洁球形和椭球形气泡的阻力和升力,J.流体力学。,628, 434-459 (2011) ·兹比尔1241.76045
[47] Takagi,S。;Matsumoto,Y.,《表面活性剂对气泡运动和气泡流动的影响》,年。流体力学版次。,43, 615-636 (2011) ·Zbl 1299.76277号
[48] Hua,J。;Lou,J.,粘性液体中气泡上升的数值模拟,J.Compute。物理。,222, 2, 769-795 (2007) ·Zbl 1158.76404号
[49] Mukundakrishnan,K。;Quan,S。;埃克曼,D.M。;Ayyaswamy,P.S.,壁面效应对充液有限圆柱体中浮力气泡上升的数值研究,Phys。版本E,76,3,036308(2007)
[50] Ohta,M。;Imura,T。;Yoshida,Y。;Sussman,M.,《初始气泡条件对粘性液体中气泡上升运动影响的计算研究》,《国际多相流杂志》,31,2,223-237(2005)·兹比尔1135.76512
[51] 雷纳迪,Y。;Renardy,M.,Prost:流体体积法表面张力的抛物线重建,J.Compute。物理。,183, 2, 400-421 (2002) ·Zbl 1057.76569号
[52] Klostermann,J。;Schaake,K。;Schwarze,R.,通过表面压缩的vof对单个上升气泡的数值模拟,国际期刊Numer。方法。流体,71,8,960-982(2013)·Zbl 1430.76119号
[53] Albadawi,A。;Donoghue,D.B。;罗宾逊,A.J。;Murray,D.B。;Delauré,Y.M.C.,流体体积和耦合体积中表面张力实施对气泡生长和分离液位设置方法的影响,《国际多相流杂志》,53,11-28(2013)
[55] 泽尼特,R。;Magnaudet,J.,《振荡气泡尾迹中流向涡度的测量》,《国际多相流》,35,2,195-203(2009)
[56] Chen,L。;Garimella,S.V。;Reizes,J.A。;Leonardi,E.,《粘性液体中气泡上升的发展》,J.流体力学。,387, 61-96 (1999) ·Zbl 0946.76055号
[57] 萨博尼,A。;亚历山大洛娃,S。;Spasic,A.M。;Gourdon,C.,粘度比对低Peclet数到极高Peclet数下流体球体传质的影响,化学。工程科学。,62, 17, 4742-4750 (2007)
[58] Arzoz,D。;罗德里格斯,P。;Izquierdo,M.,《溴化锂溶液对水蒸气绝热吸收的实验研究》,应用。热量。工程,25,5,797-811(2005)
[59] Venegas,M。;伊兹基尔多,M。;罗德里格斯,P。;Lecuona,A.,(LiNO_3-NH_3\)溶液液滴吸收氨蒸气过程中的传热和传质,Int.J.Heat mass transfer,47,122653-2667(2004)·Zbl 1079.76662号
[60] 科伦贝特,D。;Legendre,D。;Cockx,A。;Guiraud,P.,低雷诺数至中等雷诺数下球形气泡内的质量或传热,Int.J.heat Mass transfer,671096-1105(2013)
[61] Figueroa-Espinoza,B。;Legendre,D.,通过静止液体上升的球形气泡的质量或热量传递,化学。工程科学。,65, 23, 6296-6309 (2010)
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