發(fā)布時(shí)間：2020-04-15 00:13

【摘要】：在多相流現(xiàn)象的研究中,構(gòu)建準(zhǔn)確穩(wěn)定的多相流模型一直是計(jì)算流體力學(xué)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)�；诰Ц馚oltzmann方法已發(fā)展了眾多多相流模型,如偽勢(shì)模型、自由能模型和化學(xué)勢(shì)模型等。通過(guò)深入研究和分析發(fā)現(xiàn),化學(xué)勢(shì)多相流模型仍然存在一些缺陷:(1)不能適用于較低溫度和較大密度比的多相流現(xiàn)象的模擬,模型的穩(wěn)定性還有待提高;(2)模型忽略了在計(jì)算密度梯度和化學(xué)勢(shì)梯度時(shí)由所使用的數(shù)值方法帶來(lái)的計(jì)算誤差,使得其在模擬較為復(fù)雜的流體運(yùn)動(dòng)時(shí)難以得到精確的數(shù)值結(jié)果;(3)模擬產(chǎn)生的虛速度仍然太大。本文首先考慮使用真實(shí)流體系統(tǒng)的臨界溫度、臨界壓強(qiáng)和臨界密度以及格子單位下的長(zhǎng)度和時(shí)間作為折合變量,對(duì)化學(xué)勢(shì)模型進(jìn)行折合處理,提出了化學(xué)勢(shì)模型的折合形式,得到的折合形式中不再含有與具體物質(zhì)有關(guān)的參數(shù),從而使模型更具普適性;然后通過(guò)模擬氣液兩相過(guò)渡區(qū)的密度分布,比較了高階差分和原模型使用的中心差分在計(jì)算密度一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)的精度,發(fā)現(xiàn)選擇使用高階差分的計(jì)算結(jié)果更接近精確值;最后,通過(guò)模擬一些實(shí)例對(duì)折合形式下使用高階差分的化學(xué)勢(shì)模型進(jìn)行了檢驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn):使用改進(jìn)模型得到的兩相密度共存曲線與Maxwell方法的理論結(jié)果吻合的很好,模擬的溫度范圍更廣,且能夠模擬的兩相密度比達(dá)到了10~8,模型的穩(wěn)定性顯著提高,并且配合使用精確差分力項(xiàng)模型得到的數(shù)值結(jié)果更加精確和可靠;此外,改進(jìn)模型是滿足Laplace定律的,虛速度被大大降低。應(yīng)用所改進(jìn)的模型,主要研究了液滴在傾斜化學(xué)異構(gòu)表面的解釘行為。將具有相同體積的三種不同初始狀態(tài)的液滴放置在相同化學(xué)異構(gòu)基底上,隨著基底逐漸傾斜,出現(xiàn)了三種不同的解釘行為:當(dāng)液滴初始為平衡態(tài)時(shí),前后端接觸線同時(shí)解釘;當(dāng)液滴初始為收縮態(tài)時(shí),前端接觸角先解釘同時(shí)伴隨著前端接觸線的快速滑動(dòng);當(dāng)液滴初始為延展態(tài)時(shí),后端接觸角先解釘伴隨著后端接觸線的快速滑動(dòng)。在接觸線完成局部調(diào)整后,由于三種情況下液滴體積相同,液滴會(huì)自然恢復(fù)到粘滑運(yùn)動(dòng)的臨界狀態(tài),進(jìn)一步增大基板的傾斜角度達(dá)到15°時(shí),三種情況下液滴幾乎同時(shí)開(kāi)始發(fā)生粘滑運(yùn)動(dòng)。此外,在模擬過(guò)程中可以清晰的觀察到接觸線的運(yùn)動(dòng)情況,說(shuō)明液滴的瞬間解釘行為實(shí)際上是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。改進(jìn)模型具有較高的穩(wěn)定性和數(shù)值精度,非常適合對(duì)液滴的電潤(rùn)濕現(xiàn)象、液滴蒸發(fā)以及顆粒運(yùn)動(dòng)等復(fù)雜多相流體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬。在接下來(lái)的研究中,我們也將應(yīng)用此模型對(duì)以上現(xiàn)象進(jìn)行模擬并嘗試構(gòu)建三維模型,以此進(jìn)一步提高模型的應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：廣西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：O359

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2627885