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零质量射流激励下诱发液体相变及其格子Boltzmann方法模拟

任晟 张家忠 张亚苗 卫丁

零质量射流激励下诱发液体相变及其格子Boltzmann方法模拟

任晟, 张家忠, 张亚苗, 卫丁
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  • 使用格子Boltzmann方法对零质量射流激励下液体的相变演化过程进行了数值模拟和分析. 首先,提出了此特定零质量射流进出口边界的处理格式. 然后,结合Shan和Doolen提出的单组分多相模型,模拟了方腔内液体受到此零质量射流激励而诱发产生空化的过程,着重分析了三个重要射流参数ε/T,T和vout/vin对方腔内液体相变的影响. 分析表明:演化过程中方腔内气相节点数量在初始阶段急剧增长,然后经振荡趋于一个稳定值. 由于ε/T和vout/vin可以反映射流在出入方腔两个过程间相互转换时的急剧变化,所以能够影响方腔中的液体相变的演化;而改变参数T并不影响射流速度的变化程度,所以T对液体相变的影响较弱. 对于本文给定的参数取值,ε/T较小时,方腔内液体相变生成的孤立气泡脱离壁面;较大的ε/T下产生附着于方腔壁面的气泡,并且能够加速液体的相变进程;vout/vin的增加使方腔内相应的孤立气泡所覆盖的范围略有减小. 研究结果揭示了零质量射流激励诱发的液体相变过程,为进一步探索液体空化的控制途径奠定了基础.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2012CB026002)和国家科技支撑计划(批准号:2013BAF01B02)资助的课题.
    [1]

    Ceccio S 2010 Annu. Rev. Fluid. Mech. 42 183

    [2]

    Soyama H, Yanauchi Y, Sato K, Ikohagi T, Oba R, Oshima R 1996 Exp. Therm. Fluid. Sci. 12 411

    [3]

    Cai B H 2005 M. S. Dissertation (Wuhan: Wuhan University) (in Chinese) [蔡标华 2005 硕士学位论文 (武汉: 武汉大学)]

    [4]

    Soyama H 2005 J. Fluid. Eng.-T. ASME 127 1095

    [5]

    Yang M, Zhang F, Kang C, Gao B 2010 Chin. J. Mech. Eng.-EN. 23 797

    [6]

    Wright M, Epps B, Dropkin A, Truscott T 2013 Exp. Fluids 54 1541

    [7]

    Alehossein H, Qin Z 2007 Int. J. Numer. Meth. Eng. 72 780

    [8]

    Peng G, Shimizu S, Fujikawa S 2011 J. Fluid. Sci. Tech. 6 499

    [9]

    Lu Y Y, Wang X C, Kang Y, Chen Y L 2009 J. China Univ. Petroleum (Edition of Natural Sciences) 33 57 (in Chinese) [卢义玉, 王晓川, 康勇, 陈宇龙 2009 中国石油大学学报 (自然科学版) 33 57]

    [10]

    Tan F 2011 M. S. Dissertation (Daqing: Northeast Petroleum University) (in Chinese) [谭放 2011 硕士学位论文 (大庆: 东北石油大学)]

    [11]

    Li H B, Huang P H, Liu M R, Kong L J 2001 Acta Phys. Sin. 50 837 (in Chinese) [李华兵, 黄乒花, 刘慕仁, 孔令江 2001 物理学报 50 837]

    [12]

    Ma C F 2006 Acta Aerodyn. Sin. 24 495 (in Chinese) [马昌凤 2006 空气动力学学报 24 495]

    [13]

    L X Y, Li H B 2001 Acta Phys. Sin. 50 422 (in Chinese) [吕晓阳, 李华兵 2001 物理学报 50 422]

    [14]

    Succi S 2001 The Lattice Boltzmann Equation for Fluid Dynamics and Beyond (Oxford: Oxford University Press) pp97–253

    [15]

    He Y L, Wang Y, Li Q 2009 Lattice Boltzmann Method: Theory and Applications (Beijing: Science Press) pp174–206 (in Chinese) [何雅玲, 王勇, 李庆 2009 格子Boltzmann方法的理论及应用 (北京: 科学出版社) 第174–206页]

    [16]

    Guo Y L, Xu H H, Shen S Q, Wei L 2013 Acta Phys. Sin. 62 144704 (in Chinese) [郭亚丽, 徐鹤函, 沈胜强, 魏兰 2013 物理学报 62 144704]

    [17]

    Dawson S, Chen S, Doolen G 1993 J. Chem. Phys. 98 1514

    [18]

    Shan X, Chen H 1993 Phys. Rev. E 47 1815

    [19]

    Shan X, Doolen G 1995 J. Stat. Phys. 81 379

    [20]

    Sankaranarayanan K, Shan X, Kevrekidis I, Sundaresan S 2002 J. Fluid. Mech. 452 61

    [21]

    Zeng J B, Li L J, Liao Q, Chen Q H, Cui W Z, Pan L M 2010 Acta Phys. Sin. 59 178 (in Chinese) [曾建邦, 李隆键, 廖全, 陈清华, 崔文智, 潘良明 2010 物理学报 59 178]

    [22]

    Zou Q, He X 1997 Phys. Fluids 9 1591

    [23]

    Guo Z, Zheng C, Shi B 2002 Chin. Phys. 11 366

  • [1]

    Ceccio S 2010 Annu. Rev. Fluid. Mech. 42 183

    [2]

    Soyama H, Yanauchi Y, Sato K, Ikohagi T, Oba R, Oshima R 1996 Exp. Therm. Fluid. Sci. 12 411

    [3]

    Cai B H 2005 M. S. Dissertation (Wuhan: Wuhan University) (in Chinese) [蔡标华 2005 硕士学位论文 (武汉: 武汉大学)]

    [4]

    Soyama H 2005 J. Fluid. Eng.-T. ASME 127 1095

    [5]

    Yang M, Zhang F, Kang C, Gao B 2010 Chin. J. Mech. Eng.-EN. 23 797

    [6]

    Wright M, Epps B, Dropkin A, Truscott T 2013 Exp. Fluids 54 1541

    [7]

    Alehossein H, Qin Z 2007 Int. J. Numer. Meth. Eng. 72 780

    [8]

    Peng G, Shimizu S, Fujikawa S 2011 J. Fluid. Sci. Tech. 6 499

    [9]

    Lu Y Y, Wang X C, Kang Y, Chen Y L 2009 J. China Univ. Petroleum (Edition of Natural Sciences) 33 57 (in Chinese) [卢义玉, 王晓川, 康勇, 陈宇龙 2009 中国石油大学学报 (自然科学版) 33 57]

    [10]

    Tan F 2011 M. S. Dissertation (Daqing: Northeast Petroleum University) (in Chinese) [谭放 2011 硕士学位论文 (大庆: 东北石油大学)]

    [11]

    Li H B, Huang P H, Liu M R, Kong L J 2001 Acta Phys. Sin. 50 837 (in Chinese) [李华兵, 黄乒花, 刘慕仁, 孔令江 2001 物理学报 50 837]

    [12]

    Ma C F 2006 Acta Aerodyn. Sin. 24 495 (in Chinese) [马昌凤 2006 空气动力学学报 24 495]

    [13]

    L X Y, Li H B 2001 Acta Phys. Sin. 50 422 (in Chinese) [吕晓阳, 李华兵 2001 物理学报 50 422]

    [14]

    Succi S 2001 The Lattice Boltzmann Equation for Fluid Dynamics and Beyond (Oxford: Oxford University Press) pp97–253

    [15]

    He Y L, Wang Y, Li Q 2009 Lattice Boltzmann Method: Theory and Applications (Beijing: Science Press) pp174–206 (in Chinese) [何雅玲, 王勇, 李庆 2009 格子Boltzmann方法的理论及应用 (北京: 科学出版社) 第174–206页]

    [16]

    Guo Y L, Xu H H, Shen S Q, Wei L 2013 Acta Phys. Sin. 62 144704 (in Chinese) [郭亚丽, 徐鹤函, 沈胜强, 魏兰 2013 物理学报 62 144704]

    [17]

    Dawson S, Chen S, Doolen G 1993 J. Chem. Phys. 98 1514

    [18]

    Shan X, Chen H 1993 Phys. Rev. E 47 1815

    [19]

    Shan X, Doolen G 1995 J. Stat. Phys. 81 379

    [20]

    Sankaranarayanan K, Shan X, Kevrekidis I, Sundaresan S 2002 J. Fluid. Mech. 452 61

    [21]

    Zeng J B, Li L J, Liao Q, Chen Q H, Cui W Z, Pan L M 2010 Acta Phys. Sin. 59 178 (in Chinese) [曾建邦, 李隆键, 廖全, 陈清华, 崔文智, 潘良明 2010 物理学报 59 178]

    [22]

    Zou Q, He X 1997 Phys. Fluids 9 1591

    [23]

    Guo Z, Zheng C, Shi B 2002 Chin. Phys. 11 366

  • [1] 曾建邦, 李隆键, 廖全, 陈清华, 崔文智, 潘良明. 格子Boltzmann方法在相变过程中的应用. 物理学报, 2010, 59(1): 178-185. doi: 10.7498/aps.59.178
    [2] 张新明, 周超英, Islam Shams, 刘家琦. 用格子Boltzmann方法数值模拟三维空化现象. 物理学报, 2009, 58(12): 8406-8414. doi: 10.7498/aps.58.8406
    [3] 艾晋芳, 解军, 国辉 胡. 零质量射流作用下红细胞在微管道中变形的数值模拟. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20200971
    [4] 张鹏利, 林书玉. 声场作用下两空化泡相互作用的研究. 物理学报, 2009, 58(11): 7797-7801. doi: 10.7498/aps.58.7797
    [5] 沈壮志, 吴胜举. 声场与电场作用下空化泡的动力学特性. 物理学报, 2012, 61(12): 124301. doi: 10.7498/aps.61.124301
    [6] 邱超, 张会臣. 正则系综条件下空化空泡形成的分子动力学模拟. 物理学报, 2015, 64(3): 033401. doi: 10.7498/aps.64.033401
    [7] 曾建邦, 李隆键, 蒋方明. 气泡成核过程的格子Boltzmann方法模拟. 物理学报, 2013, 62(17): 176401. doi: 10.7498/aps.62.176401
    [8] 史冬岩, 王志凯, 张阿漫. 任意复杂流-固边界的格子Boltzmann处理方法. 物理学报, 2014, 63(7): 074703. doi: 10.7498/aps.63.074703
    [9] 解文军, 滕鹏飞. 声悬浮过程的格子Boltzmann方法研究. 物理学报, 2014, 63(16): 164301. doi: 10.7498/aps.63.164301
    [10] 黄乒花, 刘慕仁, 孔令江, 李华兵. 用格子Boltzmann方法模拟MKDV方程. 物理学报, 2001, 50(5): 837-840. doi: 10.7498/aps.50.837
    [11] 卢玉华, 詹杰民. 三维方腔温盐双扩散的格子Boltzmann方法数值模拟. 物理学报, 2006, 55(9): 4774-4782. doi: 10.7498/aps.55.4774
    [12] 蒋方明, 李隆键, 廖全, 曾建邦. 池沸腾中气泡生长过程的格子Boltzmann方法模拟. 物理学报, 2011, 60(6): 066401. doi: 10.7498/aps.60.066401
    [13] 郭亚丽, 徐鹤函, 沈胜强, 魏兰. 利用格子Boltzmann方法模拟矩形腔内纳米流体Raleigh-Benard对流 . 物理学报, 2013, 62(14): 144704. doi: 10.7498/aps.62.144704
    [14] 刘邱祖, 寇子明, 韩振南, 高贵军. 基于格子Boltzmann方法的液滴沿固壁铺展动态过程模拟. 物理学报, 2013, 62(23): 234701. doi: 10.7498/aps.62.234701
    [15] 黄桥高, 潘光, 宋保维. 疏水表面滑移流动及减阻特性的格子Boltzmann方法模拟. 物理学报, 2014, 63(5): 054701. doi: 10.7498/aps.63.054701
    [16] 刘邱祖, 寇子明, 贾月梅, 吴娟, 韩振南, 张倩倩. 改性疏水固壁润湿性反转现象的格子Boltzmann方法模拟. 物理学报, 2014, 63(10): 104701. doi: 10.7498/aps.63.104701
    [17] 张娅, 潘光, 黄桥高. 疏水表面减阻的格子Boltzmann方法数值模拟. 物理学报, 2015, 64(18): 184702. doi: 10.7498/aps.64.184702
    [18] 王佐, 张家忠, 王恒. 非正交多松弛系数轴对称热格子Boltzmann方法. 物理学报, 2017, 66(4): 044701. doi: 10.7498/aps.66.044701
    [19] 周光雨, 陈力, 张鸿雁, 崔海航. 基于格子Boltzmann方法的自驱动Janus颗粒扩散泳力. 物理学报, 2017, 66(8): 084703. doi: 10.7498/aps.66.084703
    [20] 臧晨强, 娄钦. 复杂微通道内非混相驱替过程的格子Boltzmann方法. 物理学报, 2017, 66(13): 134701. doi: 10.7498/aps.66.134701
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-09-10
  • 修回日期:  2013-10-24
  • 刊出日期:  2014-01-05

零质量射流激励下诱发液体相变及其格子Boltzmann方法模拟

  • 1. 西安交通大学能源与动力工程学院, 西安 710049
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号:2012CB026002)和国家科技支撑计划(批准号:2013BAF01B02)资助的课题.

摘要: 使用格子Boltzmann方法对零质量射流激励下液体的相变演化过程进行了数值模拟和分析. 首先,提出了此特定零质量射流进出口边界的处理格式. 然后,结合Shan和Doolen提出的单组分多相模型,模拟了方腔内液体受到此零质量射流激励而诱发产生空化的过程,着重分析了三个重要射流参数ε/T,T和vout/vin对方腔内液体相变的影响. 分析表明:演化过程中方腔内气相节点数量在初始阶段急剧增长,然后经振荡趋于一个稳定值. 由于ε/T和vout/vin可以反映射流在出入方腔两个过程间相互转换时的急剧变化,所以能够影响方腔中的液体相变的演化;而改变参数T并不影响射流速度的变化程度,所以T对液体相变的影响较弱. 对于本文给定的参数取值,ε/T较小时,方腔内液体相变生成的孤立气泡脱离壁面;较大的ε/T下产生附着于方腔壁面的气泡,并且能够加速液体的相变进程;vout/vin的增加使方腔内相应的孤立气泡所覆盖的范围略有减小. 研究结果揭示了零质量射流激励诱发的液体相变过程,为进一步探索液体空化的控制途径奠定了基础.

English Abstract

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