液滴冲击液膜问题的光滑粒子动力学模拟

马理强; 刘谋斌; 常建忠; 苏铁熊; 刘汉涛

doi:10.7498/aps.61.244701

摘要

本文对传统的光滑粒子动力学方法进行了改进. 改进的光滑粒子动力学方法对传统粒子方法中的核梯度进行了修正, 采用了一种新型的耦合边界条件, 添加了表面张力和人工应力的计算程序. 应用改进的光滑粒子动力学方法对液滴冲击液膜问题进行了数值模拟. 得到了不同时刻液滴内部的压力变化特征, 精细地捕捉了不同时刻的自由面, 从机理上分析了液滴产生飞溅的条件, 探讨了韦伯数, 表面张力对液滴冲击液膜问题的影响. 计算结果表明, 改进光滑粒子动力学方法能够有效地描述液滴冲击液膜的动力学特性和自由表面变化特征, 能够得到稳定精度的结果.

关键词:

作者及机构信息

1.
中北大学机电工程学院, 太原 030051;

2.
中国科学院力学研究所, 北京 100190

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 50976108, 11172306)和山西省人才专项基金(批准号: 20060403JJ)资助的课题.

参考文献

[1]	Wright A C 1986 Earth. Surf. Proc. Land. 11 351
[2]	Fedorchenko A I, Wang A B 2004 Phys. Fluids. 16 1349
[3]	Yarin A L 2006 Annu. Rev. Fluid. Mech. 38 159
[4]	Worthington A M 1876 Proc. R. Soc. Lond. 25 261
[5]	Walzel P 1980 Chem-ing-tech. 52 338
[6]	Rein M 1993 Fluid. Dyn. Res. 12 61
[7]	Thoroddsen S T, Etoh T G, Takehara K, Ootsuka N, Hatsuki A 2005 J. Fluid. Mech. 545 203
[8]	Cossali G E, Coghe A, Marengo M 1997 Exp. Fluids. 22 463
[9]	Wang A B, Chen C C 2000 Phys. Fluids. 12 2155
[10]	Guo J H, Dai S Q, Dai Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 2601 (in Chinese) [郭加宏, 戴世强, 代钦 2010 物理学报 59 2601]
[11]	Sulsky D, Zhou S J, Schreyer H L 1995 Comput. Phys. Commun. 87 236
[12]	Hirt C W, Nichols B D 1981 J. Comput. Phys. 39 201
[13]	Sussman M, Smereka P, Osher S 1994 J. Comput. Phys. 114 146
[14]	Koshizuka S, Nobe A, Oka Y 1998 Int. J. Numer. Meth. Fl. 26 751
[15]	Lee T, Lin C L 2005 J. Comput. Phys. 206 16
[16]	Liu M B, Meakin P, Huang H 2006 Phys. Fluids. 18 017101
[17]	Harlow F H, Shannon J P 1967 J. Appl. Phys. 38 3855
[18]	Prosperetti A, Oguz H N 1993 Annu. Rev. Fluid. Mech. 25 577
[19]	Xie H, Koshizuka S, Oka Y 2004 Int. J. Numer. Meth. Fl. 45 1009
[20]	Jiang T, Ouyang J, Zhao X K, Ren J L 2011 Acta Phys. Sin. 60 054701(in Chinese) [蒋涛, 欧阳洁, 赵晓凯, 任金莲 2011 物理学报 60 054701]
[21]	Chang J Z, Liu M B, Liu H T 2008 Acta Phys. Sin. 57 3954 (in Chinese) [常建忠, 刘谋斌, 刘汉涛 2008 物理学报 57 3954]
[22]	Liu M B, Liu G R, Zong Z, Lam K Y 2003 Comput. Fluids. 32 305
[23]	Liu M B, Liu G R, Zong Z 2008 Int. J. Comp. Meth-Sing 5 135
[24]	Lucy L B 1977 Astron. J. 82 1013
[25]	Monaghan J J 2005 Rep. Prog. Phys. 68 1703
[26]	Liu M B, Liu G R 2010 Arch. Comput. Method. E 17 25
[27]	Zhang S, Morita K, Fukuda K, Shirakawa N 2007 Int. J. Numer. Meth. Fl. 55 225
[28]	Liu M B, Liu G R 2005 Comput. Mech. 35 332
[29]	Tartakovsky A, Meakin P 2005 Phys. Rev. E 72 026301
[30]	Liu M B, Shao J R, Chang J Z 2012 Sci. China Ser. E 55 1
[31]	Kourosh 2011 ASME 2011 30th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering (OMAE2011)
[32]	Monaghan J J 2000 J. Comput. Phys. 159 290

施引文献

[1]	Wright A C 1986 Earth. Surf. Proc. Land. 11 351
[2]	Fedorchenko A I, Wang A B 2004 Phys. Fluids. 16 1349
[3]	Yarin A L 2006 Annu. Rev. Fluid. Mech. 38 159
[4]	Worthington A M 1876 Proc. R. Soc. Lond. 25 261
[5]	Walzel P 1980 Chem-ing-tech. 52 338
[6]	Rein M 1993 Fluid. Dyn. Res. 12 61
[7]	Thoroddsen S T, Etoh T G, Takehara K, Ootsuka N, Hatsuki A 2005 J. Fluid. Mech. 545 203
[8]	Cossali G E, Coghe A, Marengo M 1997 Exp. Fluids. 22 463
[9]	Wang A B, Chen C C 2000 Phys. Fluids. 12 2155
[10]	Guo J H, Dai S Q, Dai Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 2601 (in Chinese) [郭加宏, 戴世强, 代钦 2010 物理学报 59 2601]
[11]	Sulsky D, Zhou S J, Schreyer H L 1995 Comput. Phys. Commun. 87 236
[12]	Hirt C W, Nichols B D 1981 J. Comput. Phys. 39 201
[13]	Sussman M, Smereka P, Osher S 1994 J. Comput. Phys. 114 146
[14]	Koshizuka S, Nobe A, Oka Y 1998 Int. J. Numer. Meth. Fl. 26 751
[15]	Lee T, Lin C L 2005 J. Comput. Phys. 206 16
[16]	Liu M B, Meakin P, Huang H 2006 Phys. Fluids. 18 017101
[17]	Harlow F H, Shannon J P 1967 J. Appl. Phys. 38 3855
[18]	Prosperetti A, Oguz H N 1993 Annu. Rev. Fluid. Mech. 25 577
[19]	Xie H, Koshizuka S, Oka Y 2004 Int. J. Numer. Meth. Fl. 45 1009
[20]	Jiang T, Ouyang J, Zhao X K, Ren J L 2011 Acta Phys. Sin. 60 054701(in Chinese) [蒋涛, 欧阳洁, 赵晓凯, 任金莲 2011 物理学报 60 054701]
[21]	Chang J Z, Liu M B, Liu H T 2008 Acta Phys. Sin. 57 3954 (in Chinese) [常建忠, 刘谋斌, 刘汉涛 2008 物理学报 57 3954]
[22]	Liu M B, Liu G R, Zong Z, Lam K Y 2003 Comput. Fluids. 32 305
[23]	Liu M B, Liu G R, Zong Z 2008 Int. J. Comp. Meth-Sing 5 135
[24]	Lucy L B 1977 Astron. J. 82 1013
[25]	Monaghan J J 2005 Rep. Prog. Phys. 68 1703
[26]	Liu M B, Liu G R 2010 Arch. Comput. Method. E 17 25
[27]	Zhang S, Morita K, Fukuda K, Shirakawa N 2007 Int. J. Numer. Meth. Fl. 55 225
[28]	Liu M B, Liu G R 2005 Comput. Mech. 35 332
[29]	Tartakovsky A, Meakin P 2005 Phys. Rev. E 72 026301
[30]	Liu M B, Shao J R, Chang J Z 2012 Sci. China Ser. E 55 1
[31]	Kourosh 2011 ASME 2011 30th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering (OMAE2011)
[32]	Monaghan J J 2000 J. Comput. Phys. 159 290

[1]	马理强, 常建忠, 刘汉涛, 刘谋斌. 液滴溅落问题的光滑粒子动力学模拟. 物理学报, 2012, 61(5): 054701. doi: 10.7498/aps.61.054701
[2]	苏铁熊, 马理强, 刘谋斌, 常建忠. 基于光滑粒子动力学方法的液滴冲击固壁面问题数值模拟. 物理学报, 2013, 62(6): 064702. doi: 10.7498/aps.62.064702
[3]	马理强, 苏铁熊, 刘汉涛, 孟青. 微液滴振荡过程的光滑粒子动力学方法数值模拟. 物理学报, 2015, 64(13): 134702. doi: 10.7498/aps.64.134702
[4]	黄虎, 洪宁, 梁宏, 施保昌, 柴振华. 液滴撞击液膜过程的格子Boltzmann方法模拟. 物理学报, 2016, 65(8): 084702. doi: 10.7498/aps.65.084702
[5]	蒋涛, 欧阳洁, 赵晓凯, 任金莲. 黏性液滴变形过程的核梯度修正光滑粒子动力学模拟. 物理学报, 2011, 60(5): 054701. doi: 10.7498/aps.60.054701
[6]	蒋涛, 陆林广, 陆伟刚. 等直径微液滴碰撞过程的改进光滑粒子动力学模拟. 物理学报, 2013, 62(22): 224701. doi: 10.7498/aps.62.224701
[7]	郭加宏, 戴世强, 代钦. 液滴冲击液膜过程实验研究. 物理学报, 2010, 59(4): 2601-2609. doi: 10.7498/aps.59.2601
[8]	杨亚晶, 梅晨曦, 章旭东, 魏衍举, 刘圣华. 液滴撞击液膜的穿越模式及运动特性. 物理学报, 2019, 68(15): 156101. doi: 10.7498/aps.68.20190604
[9]	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
[10]	梁宏, 柴振华, 施保昌. 分叉微通道内液滴动力学行为的格子Boltzmann方法模拟. 物理学报, 2016, 65(20): 204701. doi: 10.7498/aps.65.204701
[11]	王晓亮, 陈硕. 液气共存的耗散粒子动力学模拟. 物理学报, 2010, 59(10): 6778-6785. doi: 10.7498/aps.59.6778
[12]	张明焜, 陈硕, 尚智. 带凹槽的微通道中液滴运动数值模拟. 物理学报, 2012, 61(3): 034701. doi: 10.7498/aps.61.034701
[13]	石自媛, 胡国辉, 周哲玮. 润湿性梯度驱动液滴运动的格子Boltzmann模拟. 物理学报, 2010, 59(4): 2595-2600. doi: 10.7498/aps.59.2595
[14]	林林, 袁儒强, 张欣欣, 王晓东. 液滴在梯度微结构表面上的铺展动力学分析. 物理学报, 2015, 64(15): 154705. doi: 10.7498/aps.64.154705
[15]	叶学民, 张湘珊, 李明兰, 李春曦. 液滴在不同润湿性表面上蒸发时的动力学特性. 物理学报, 2018, 67(11): 114702. doi: 10.7498/aps.67.20180159
[16]	李大鸣, 王志超, 白玲, 王笑. 液滴撞击孔口附近壁面运动过程的模拟研究. 物理学报, 2013, 62(19): 194704. doi: 10.7498/aps.62.194704
[17]	常建忠, 刘谋斌. 光滑粒子动力学方法中粒子分布与数值稳定性分析. 物理学报, 2010, 59(6): 3654-3662. doi: 10.7498/aps.59.3654
[18]	梁刚涛, 郭亚丽, 沈胜强. 液滴撞击液膜的射流与水花形成机理分析. 物理学报, 2013, 62(2): 024705. doi: 10.7498/aps.62.024705
[19]	郭亚丽, 魏兰, 沈胜强, 陈桂影. 双液滴撞击平面液膜的流动与传热特性. 物理学报, 2014, 63(9): 094702. doi: 10.7498/aps.63.094702
[20]	蒋涛, 任金莲, 徐磊, 陆林广. 非等温非牛顿黏性流体流动问题的修正光滑粒子动力学方法模拟. 物理学报, 2014, 63(21): 210203. doi: 10.7498/aps.63.210203

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中北大学机电工程学院, 太原 030051;

2.
中国科学院力学研究所, 北京 100190

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Numerical simulation of droplet impact onto liquid films with smoothed particle hydrodynamics

1.
School of Mechatronice Engineering, North University of China, Taiyuan 030051, China;

2.
Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China

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液滴冲击液膜问题的光滑粒子动力学模拟

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Numerical simulation of droplet impact onto liquid films with smoothed particle hydrodynamics

1. School of Mechatronice Engineering, North University of China, Taiyuan 030051, China; 2. Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China

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2.
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