多相流普遍存在于自然界和工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中,如水力機(jī)械、船舶海洋及能源開(kāi)發(fā)等,開(kāi)展多相流相關(guān)機(jī)理研究,對(duì)改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù),推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步具有重要意義。多相流是研究氣態(tài)、液態(tài)及固態(tài)物質(zhì)混合流動(dòng)的學(xué)科,涉及到兩種以上不同相態(tài)組分物質(zhì)共存并有明確分界面,如氣泡界面、自由液面及其共存系統(tǒng)等。因此多界面耦合特性分析是以工程應(yīng)用為背景的多相流的主要研究?jī)?nèi)容,也是多相流研究的一個(gè)重難點(diǎn)問(wèn)題。水下機(jī)械設(shè)備在與流體相互作用時(shí),往往會(huì)伴隨著氣泡的產(chǎn)生,如水輪機(jī)中的氣泡及螺旋槳附近的空化氣泡等,這些現(xiàn)象輕者會(huì)引發(fā)結(jié)構(gòu)物振動(dòng),重者會(huì)造成結(jié)構(gòu)物侵蝕、損毀。本論文以水輪機(jī)、艦船及螺旋槳系統(tǒng)中涉及到的氣-液-固三相耦合系統(tǒng)為研究背景,從氣泡-氣泡、氣泡-自由面、固體-自由面耦合三方面入手,借助格子Boltzmann方法對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用系統(tǒng)中涉及到的多界面耦合問(wèn)題展開(kāi)了系統(tǒng)的研究。由于多界面耦合過(guò)程中涉及到大變形、強(qiáng)間斷等非線性問(wèn)題,傳統(tǒng)的有限元等宏觀方法在處理該類問(wèn)題上具有一定的局限性。格子Boltzmann方法是一種介觀層面上的無(wú)網(wǎng)格方法,以分子動(dòng)力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)為基礎(chǔ),用簡(jiǎn)單規(guī)則的微觀粒子運(yùn)動(dòng)代替復(fù)雜的宏觀流動(dòng),克服了...

【文章頁(yè)數(shù)】：104 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究的目的與意義
    1.2 格子Boltzmann方法的發(fā)展歷程
    1.3 多界面耦合運(yùn)動(dòng)的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 氣-液耦合運(yùn)動(dòng)研究方法
        1.3.2 氣-液-固耦合運(yùn)動(dòng)研究方法
        1.3.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容
第2章 格子Boltzmann方法的基本原理
    2.1 引言
    2.2 格子Boltzmann方法
        2.2.1 Boltzmann方程
        2.2.2 格子Boltzmann方程
        2.2.3 格子Boltzmann方程的基本模型
    2.3 基本邊界處理方法
        2.3.1 啟發(fā)式格式
        2.3.2 動(dòng)力學(xué)格式
        2.3.3 運(yùn)動(dòng)邊界
    2.4 兩相流程序設(shè)計(jì)流程及驗(yàn)證
        2.4.1 計(jì)算域及邊界有效性驗(yàn)證
        2.4.2 兩相流程序設(shè)計(jì)流程
        2.4.3 圓柱繞流算例驗(yàn)證
    2.5 本章小結(jié)
第3章 基于單相自由面模型的氣泡運(yùn)動(dòng)分析
    3.1 引言
    3.2 單相自由面模型
        3.2.1 界面移動(dòng)量的計(jì)算
        3.2.2 重建分布函數(shù)
        3.2.3 標(biāo)志重新初始化
    3.3 單氣泡上浮模型的建立與驗(yàn)證
        3.3.1 引入表面張力模型
        3.3.2 氣泡上浮模型的建立
        3.3.3 模型驗(yàn)證
    3.4 單氣泡上浮運(yùn)動(dòng)特性研究
        3.4.1 不同半徑氣泡的上浮運(yùn)動(dòng)特性分析
        3.4.2 不同粘度氣泡的上浮運(yùn)動(dòng)特性分析
        3.4.3 不同表面張力系數(shù)氣泡的上浮運(yùn)動(dòng)特性分析
    3.5 氣泡出水過(guò)程分析
        3.5.1 模型建立與原理分析
        3.5.2 氣泡破裂現(xiàn)象分析
        3.5.3 不同參數(shù)的氣泡破裂現(xiàn)象分析
    3.6 本章小結(jié)
第4章 基于單相自由面模型的氣泡耦合運(yùn)動(dòng)分析
    4.1 引言
    4.2 界面不穩(wěn)定現(xiàn)象簡(jiǎn)述
        4.2.1 氣泡的撕裂現(xiàn)象
        4.2.2 氣泡的融合現(xiàn)象
    4.3 相同半徑雙氣泡的耦合分析
        4.3.1 并排放置雙氣泡耦合分析
        4.3.2 豎直放置雙氣泡耦合分析
        4.3.3 斜對(duì)角放置雙氣泡耦合分析
    4.4 不同半徑雙氣泡的耦合分析
        4.4.1 并排放置雙氣泡耦合分析
        4.4.2 豎直放置雙氣泡耦合分析
        4.4.3 斜對(duì)角放置雙氣泡耦合分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 基于格子Boltzmann方法的結(jié)構(gòu)入水耦合分析
    5.1 引言
    5.2 結(jié)構(gòu)物入水沖擊的基本模型
        5.2.1 氣-液-固三相耦合模型
        5.2.2 流場(chǎng)作用力的計(jì)算
    5.3 模型建立與程序驗(yàn)證
        5.3.1 結(jié)構(gòu)物入水模型
        5.3.2 入水沖擊算例驗(yàn)證
    5.4 粘度對(duì)結(jié)構(gòu)入水的影響
    5.5 表面張力對(duì)結(jié)構(gòu)入水的影響
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝



本文編號(hào)：3875973