搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

微液滴振荡过程的光滑粒子动力学方法数值模拟

马理强 苏铁熊 刘汉涛 孟青

引用本文:
Citation:

微液滴振荡过程的光滑粒子动力学方法数值模拟

马理强, 苏铁熊, 刘汉涛, 孟青

Numerical simulation on oscillation of micro-drops by means of smoothed particle hydrodynamics

Ma Li-Qiang, Su Tie-Xiong, Liu Han-Tao, Meng-Qing
PDF
导出引用
  • 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, 采用了一种新型的核函数和离散格式, 应用改进的光滑粒子动力学方法对微液滴振荡过程进行了数值研究. 研究了不同纵横比和雷诺数(Re)下振荡阻尼与振荡的周期、振幅与Re数的关系. 研究表明: 对于纵横比λ≤ 4时的微液滴振荡过程, 其他参数恒定不变的前提下, Re数越大, 液滴形状变化越剧烈, 波的阻尼作用越弱, 液滴振荡周期变长; 在Re数一定的前提下, 随着液滴初始的纵横比的增大, 液滴振动的振幅增大, 液滴振荡的周期变长.
    In this paper, we present a modified smoothed particle hydrodynamics (SPH) method. SPH is a Lagrangian meshfree particle method, and it is attractive in dealing with free surfaces, moving interfaces, and deformable boundaries. The improved SPH method modifies the kernel gradient in the traditional SPH method with a new kernel function and a modified SPH discrete form. Use of improved smoothed particle hydrodynamics is made to carry out numerical analysis on micro liquid drop oscillation process. The study focuses on the relation between the micro liquid drop oscillation damping and the oscillating period and amplitude in different aspect ratio and Re number. It is shown that for the micro liquid drop oscillation process with aspect ratio λ≤ 4, under the circumstance of constancy of other parameters, the larger the Re number, the more intense the change of liquid drop's shapes, the weaker the damping effect, and the longer the period of liquid drop's oscillation. Under the circumstance of constancy of Re number, as the initial aspect ratio of liquid drop increases, the amplitude of liquid drop oscillation is stronger, and the period of liquid drop's oscillation is longer.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11172306,51476150)、中国博士后科学基金(批准号:2013M540034)、山西省科技攻关项目(批准号:20140321022-02)、朔州市科技攻关项目(批准号:2013-33-38,2013-33-40)和中北大学校基金资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11172306, 51476150), the China Postdoctoral Science Foundation (Grant No. 2013M540034), the Shanxi Provincial Programs for Science and Technology Development, China (Grant No. 20140321022-02), the Shuozhou Municipal Programs for Science and Technology Development, China (Grant Nos. 2013-33-38, 2013-33-40), and the Science Foundation of North University of China.
    [1]

    Melean Y, Sigalotti L D, Hasmy A 2006 Rev. Mex. Fis. 52 38

    [2]

    Rayleigh L 1879 Proc. Roy. Soc. London 29 71

    [3]

    Apfel R E, Tian Y, Jankovsky J, Shi T, Chen X, et al 1997 Phys. Rev. Lett. 78 1912

    [4]

    Nugent S, Posch H A 2000 Phys. Rev. E 62 4968

    [5]

    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]

    [6]

    Jiang T, Jie O Y, 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]

    [7]

    Chen Q, Yu W, Zhou C X 2007 Acta Mech Sinica 39 528 (in Chinese) [陈全, 俞炜, 周持兴 2007 力学学报 39 528]

    [8]

    Qiu L C 2013 Acta Phys. Sin. 62 124702 (in Chinese) [邱流潮 2013 物理学报 62 124702]

    [9]

    Shen C L, Xie W J, Wei B 2010 Phys. Rev. E 81 046305

    [10]

    Shen C L, Xie W J, Wei B 2010 Phys. Lett. A 374 2301

    [11]

    Yan Z L, Xie W J, Shen C L, Wei B B 2011 Acta Phys. Sin. 60 064302 (in Chinese) [鄢振麟, 解文军, 沈昌乐, 魏炳波 2011 物理学报 60 064302]

    [12]

    Ma L Q, Liu M B, Chang J Z 2012 Acta Phys. Sin. 61 244701 (in Chinese) [马理强, 刘谋斌, 常建忠 2012 物理学报 61 244701]

    [13]

    Liu M B, Xie W P, Liu G R 2005 Appl. Math. Model. 29 1252

    [14]

    Fu X J, Qiang H F, Yang Y C 2007 Advances in Mech. 37 375 (in Chinese) [傅学金, 强洪夫, 杨月诚 2007 力学进展 37 375]

    [15]

    Swegle J W, Hicks D L, Attaway S W 1995 J. Comput. Phys. 116 123

    [16]

    Morris J P 1996 Ph. D. Dissertation (Melbourne: Monash University)

    [17]

    Liu M B, Liu G R, Lam K Y 2003 J. Comput. Appl. Math. 155 263

    [18]

    Xiao S P, Belytschko T 2005 Adv. Comput. Math. 23 171

    [19]

    Hicks D L, Liebrock L M 2004 Appl. Math. Ccmput. 150 213

    [20]

    Yang X F, Liu M B 2012 Acta Phys. Sin. 61 224701 (in Chinese) [杨秀峰, 刘谋斌 2012 物理学报 61 224701]

    [21]

    Lopez H, Sigalotti L 2006 Phys. Rev. E 73 051201

  • [1]

    Melean Y, Sigalotti L D, Hasmy A 2006 Rev. Mex. Fis. 52 38

    [2]

    Rayleigh L 1879 Proc. Roy. Soc. London 29 71

    [3]

    Apfel R E, Tian Y, Jankovsky J, Shi T, Chen X, et al 1997 Phys. Rev. Lett. 78 1912

    [4]

    Nugent S, Posch H A 2000 Phys. Rev. E 62 4968

    [5]

    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]

    [6]

    Jiang T, Jie O Y, 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]

    [7]

    Chen Q, Yu W, Zhou C X 2007 Acta Mech Sinica 39 528 (in Chinese) [陈全, 俞炜, 周持兴 2007 力学学报 39 528]

    [8]

    Qiu L C 2013 Acta Phys. Sin. 62 124702 (in Chinese) [邱流潮 2013 物理学报 62 124702]

    [9]

    Shen C L, Xie W J, Wei B 2010 Phys. Rev. E 81 046305

    [10]

    Shen C L, Xie W J, Wei B 2010 Phys. Lett. A 374 2301

    [11]

    Yan Z L, Xie W J, Shen C L, Wei B B 2011 Acta Phys. Sin. 60 064302 (in Chinese) [鄢振麟, 解文军, 沈昌乐, 魏炳波 2011 物理学报 60 064302]

    [12]

    Ma L Q, Liu M B, Chang J Z 2012 Acta Phys. Sin. 61 244701 (in Chinese) [马理强, 刘谋斌, 常建忠 2012 物理学报 61 244701]

    [13]

    Liu M B, Xie W P, Liu G R 2005 Appl. Math. Model. 29 1252

    [14]

    Fu X J, Qiang H F, Yang Y C 2007 Advances in Mech. 37 375 (in Chinese) [傅学金, 强洪夫, 杨月诚 2007 力学进展 37 375]

    [15]

    Swegle J W, Hicks D L, Attaway S W 1995 J. Comput. Phys. 116 123

    [16]

    Morris J P 1996 Ph. D. Dissertation (Melbourne: Monash University)

    [17]

    Liu M B, Liu G R, Lam K Y 2003 J. Comput. Appl. Math. 155 263

    [18]

    Xiao S P, Belytschko T 2005 Adv. Comput. Math. 23 171

    [19]

    Hicks D L, Liebrock L M 2004 Appl. Math. Ccmput. 150 213

    [20]

    Yang X F, Liu M B 2012 Acta Phys. Sin. 61 224701 (in Chinese) [杨秀峰, 刘谋斌 2012 物理学报 61 224701]

    [21]

    Lopez H, Sigalotti L 2006 Phys. Rev. E 73 051201

  • [1] 叶欣, 单彦广. 疏水表面振动液滴模态演化与流场结构的数值模拟. 物理学报, 2021, 70(14): 144701. doi: 10.7498/aps.70.20210161
    [2] 周浩, 李毅, 刘海, 陈鸿, 任磊生. 最优输运无网格方法及其在液滴表面张力效应模拟中的应用. 物理学报, 2021, 70(24): 240203. doi: 10.7498/aps.70.20211078
    [3] 张旋, 张天赐, 葛际江, 蒋平, 张贵才. 表面活性剂对气-液界面纳米颗粒吸附规律的影响. 物理学报, 2020, 69(2): 026801. doi: 10.7498/aps.69.20190756
    [4] 蒋涛, 黄金晶, 陆林广, 任金莲. 非线性薛定谔方程的高阶分裂改进光滑粒子动力学算法. 物理学报, 2019, 68(9): 090203. doi: 10.7498/aps.68.20190169
    [5] 沈婉萍, 尤仕佳, 毛鸿. 夸克介子模型的相图和表面张力. 物理学报, 2019, 68(18): 181101. doi: 10.7498/aps.68.20190798
    [6] 蒋涛, 陈振超, 任金莲, 李刚. 基于修正并行光滑粒子动力学方法三维变系数瞬态热传导问题的模拟. 物理学报, 2017, 66(13): 130201. doi: 10.7498/aps.66.130201
    [7] 喻晓, 沈杰, 钟昊玟, 张洁, 张高龙, 张小富, 颜莎, 乐小云. 强脉冲电子束辐照材料表面形貌演化的模拟. 物理学报, 2015, 64(21): 216102. doi: 10.7498/aps.64.216102
    [8] 孙鹏楠, 李云波, 明付仁. 自由上浮气泡运动特性的光滑粒子流体动力学模拟. 物理学报, 2015, 64(17): 174701. doi: 10.7498/aps.64.174701
    [9] 白玲, 李大鸣, 李彦卿, 王志超, 李杨杨. 基于范德瓦尔斯表面张力模式液滴撞击疏水壁面过程的研究. 物理学报, 2015, 64(11): 114701. doi: 10.7498/aps.64.114701
    [10] 雷娟棉, 杨浩, 黄灿. 基于弱可压与不可压光滑粒子动力学方法的封闭方腔自然对流数值模拟及算法对比. 物理学报, 2014, 63(22): 224701. doi: 10.7498/aps.63.224701
    [11] 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
    [12] 陈石, 王辉, 沈胜强, 梁刚涛. 液滴振荡模型及与数值模拟的对比. 物理学报, 2013, 62(20): 204702. doi: 10.7498/aps.62.204702
    [13] 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
    [14] 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
    [15] 毕菲菲, 郭亚丽, 沈胜强, 陈觉先, 李熠桥. 液滴撞击固体表面铺展特性的实验研究. 物理学报, 2012, 61(18): 184702. doi: 10.7498/aps.61.184702
    [16] 马理强, 刘谋斌, 常建忠, 苏铁熊, 刘汉涛. 液滴冲击液膜问题的光滑粒子动力学模拟. 物理学报, 2012, 61(24): 244701. doi: 10.7498/aps.61.244701
    [17] 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
    [18] 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
    [19] 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
    [20] 刘谋斌, 常建忠. 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
计量
  • 文章访问数:  3576
  • PDF下载量:  517
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-09-29
  • 修回日期:  2014-12-25
  • 刊出日期:  2015-07-05

微液滴振荡过程的光滑粒子动力学方法数值模拟

  • 1. 中北大学朔州校区, 朔州 036000
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11172306,51476150)、中国博士后科学基金(批准号:2013M540034)、山西省科技攻关项目(批准号:20140321022-02)、朔州市科技攻关项目(批准号:2013-33-38,2013-33-40)和中北大学校基金资助的课题.

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, 采用了一种新型的核函数和离散格式, 应用改进的光滑粒子动力学方法对微液滴振荡过程进行了数值研究. 研究了不同纵横比和雷诺数(Re)下振荡阻尼与振荡的周期、振幅与Re数的关系. 研究表明: 对于纵横比λ≤ 4时的微液滴振荡过程, 其他参数恒定不变的前提下, Re数越大, 液滴形状变化越剧烈, 波的阻尼作用越弱, 液滴振荡周期变长; 在Re数一定的前提下, 随着液滴初始的纵横比的增大, 液滴振动的振幅增大, 液滴振荡的周期变长.

English Abstract

参考文献 (21)

目录

    /

    返回文章
    返回