南京工业大学学报（自然科学版）
南京工業大學學報（自然科學版）
남경공업대학학보（자연과학판）
JOURNAL OF NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY(NATURAL SCIENCE EDITION)
2006年
1期
27-33
,共7页
杨超%陆平%毛在砂%禹耕之%张广积%陈家镛
楊超%陸平%毛在砂%禹耕之%張廣積%陳傢鏞
양초%륙평%모재사%우경지%장엄적%진가용
数值模拟%水平集方法%液滴生成%两相流动
數值模擬%水平集方法%液滴生成%兩相流動
수치모의%수평집방법%액적생성%량상류동
numerical simulation%level set method%drop formation%two-phase flow
液滴生成的动力学过程和机理,对溶剂萃取、喷墨打印机设计、飞行器保护等有重要意义.虽然已有很多相关的实验、理论和计算研究,但对涉及拓扑变形界面的该问题研究仍富有挑战性,常用的有限元等模拟方法还有待改进.1988年提出的水平集(Level set)方法,可以比较简方便地模拟多相变形界面问题,已成功用于多相流、结晶、浇铸、模式识别等过程的计算.作者在对水平集方法进行改进并用于相间传质模拟的基础上,本文数值模拟了单个液滴在毛细管口的生长和脱离过程.假设流体均为不可压缩液体或气体作层流流动,采用二维轴对称欧拉坐标和交错网格,利用控制容积法和SIMPLE算法离散求解藕合水平集函数的运动方程组.水平集函数的发展方程和重新初始化方程的空间与时间离散格式,分别采用5阶WENO(Weighted essentially nonoscillatory)和3阶TVD (Total variation diminishing) Runge-Kutta格式.初步计算了不同参数的单液滴在气体或另一不互溶液体中的生成过程,液滴的拓扑形状、两相流场和液滴大小与实验或文献报道的模拟结果基本吻合,为今后拓展模拟三维空间的不稳定运动液滴或气泡生成过程的流动和传递奠定了基础.
液滴生成的動力學過程和機理,對溶劑萃取、噴墨打印機設計、飛行器保護等有重要意義.雖然已有很多相關的實驗、理論和計算研究,但對涉及拓撲變形界麵的該問題研究仍富有挑戰性,常用的有限元等模擬方法還有待改進.1988年提齣的水平集(Level set)方法,可以比較簡方便地模擬多相變形界麵問題,已成功用于多相流、結晶、澆鑄、模式識彆等過程的計算.作者在對水平集方法進行改進併用于相間傳質模擬的基礎上,本文數值模擬瞭單箇液滴在毛細管口的生長和脫離過程.假設流體均為不可壓縮液體或氣體作層流流動,採用二維軸對稱歐拉坐標和交錯網格,利用控製容積法和SIMPLE算法離散求解藕閤水平集函數的運動方程組.水平集函數的髮展方程和重新初始化方程的空間與時間離散格式,分彆採用5階WENO(Weighted essentially nonoscillatory)和3階TVD (Total variation diminishing) Runge-Kutta格式.初步計算瞭不同參數的單液滴在氣體或另一不互溶液體中的生成過程,液滴的拓撲形狀、兩相流場和液滴大小與實驗或文獻報道的模擬結果基本吻閤,為今後拓展模擬三維空間的不穩定運動液滴或氣泡生成過程的流動和傳遞奠定瞭基礎.
액적생성적동역학과정화궤리,대용제췌취、분묵타인궤설계、비행기보호등유중요의의.수연이유흔다상관적실험、이론화계산연구,단대섭급탁복변형계면적해문제연구잉부유도전성,상용적유한원등모의방법환유대개진.1988년제출적수평집(Level set)방법,가이비교간방편지모의다상변형계면문제,이성공용우다상류、결정、요주、모식식별등과정적계산.작자재대수평집방법진행개진병용우상간전질모의적기출상,본문수치모의료단개액적재모세관구적생장화탈리과정.가설류체균위불가압축액체혹기체작층류류동,채용이유축대칭구랍좌표화교착망격,이용공제용적법화SIMPLE산법리산구해우합수평집함수적운동방정조.수평집함수적발전방정화중신초시화방정적공간여시간리산격식,분별채용5계WENO(Weighted essentially nonoscillatory)화3계TVD (Total variation diminishing) Runge-Kutta격식.초보계산료불동삼수적단액적재기체혹령일불호용액체중적생성과정,액적적탁복형상、량상류장화액적대소여실험혹문헌보도적모의결과기본문합,위금후탁전모의삼유공간적불은정운동액적혹기포생성과정적류동화전체전정료기출.
A level set method is applied for simulating the formation process of single drops in an immiscible liquid or gas phase. The control volume formulation with the SIMPLE (semi-implicit method for pressure-linked equations) algorithm incorporated is used to solve the governing equations of incompressible two-phase laminar flow with deformable free interface on an axisymmetric staggered Eulerian grid. The shape of a drop growing at a capillary tip and the flow field inside are predicted, and reasonable agreement with the reported computed and experimental results is observed.
