本文關鍵詞：切割網格方法及激波與氣泡相互作用研究

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【摘要】：本文針對可壓縮流動中具有界面拓撲結構變化的流動問題,發(fā)展了一種具有高分辨率、數值健壯性好、能夠處理大密度比的可壓縮兩相流動的切割網格方法,并將其用于強激波誘導的氣泡塌陷問題。主要工作如下：(1)發(fā)展了一種新型網格切割方法,可有效地處理含界面拓撲變化的二維可壓縮兩相流問題。文中提出了一種新的界面非結構單元生成策略,避免了由于界面切割笛卡爾單元而形成小單元,且易于處理大的拓撲結構變化。同時還提出了一種Level-Set的再初始化方法,避免了在網格解析度不高時傳統的再初始化方法與守恒型界面處理方法耦合后所造成的壓力和密度嚴重失真。大量的驗證算例(包括激波同He氣泡、SF6氣泡作用問題,氣泡塌陷問題,水下爆炸問題等)證實了該算法的可靠性。(2)針對典型可壓縮兩相流動,對比了切割網格方法、修正的虛擬流體方法以及擴散界面方法等數值方法的性能,如界面位置收斂精度、質量守恒性、界面分辨率和計算效率。數值測試算例包括單模界面的Richtmyer-Meshkov不穩(wěn)定性,激波同SF6氣柱作用,水中氣泡的Rayleigh塌陷和激波誘導的塌陷。(3)研究了附著剛性壁面二維氣泡在初始平面激波誘導下產生塌陷的動力學過程。通過研究發(fā)現了三種典型的流動模態(tài),并給出了三種模態(tài)隨初始激波強度和初始氣泡形態(tài)的變化相圖。進而分析了各模態(tài)典型的波系結構和氣泡演化過程,探討了初始激波和初始氣泡形態(tài)對模態(tài)的影響特性。揭示了初始參數對射流最大速度、水錘激波強度、壁面壓力和塌陷時間的影響規(guī)律,還分析比較了軸對稱塌陷中壁面壓力和塌陷時間同二維問題的不同。(4)研究了二維橢圓氣泡在初始平面強激波作用下的射流發(fā)展和氣泡塌陷過程。通過研究發(fā)現了兩種典型的氣泡演化模態(tài),給出了初始激波強度和橢圓半長軸比對模態(tài)的影響,分析了相應的典型波系結構。研究發(fā)現在橢圓氣泡塌陷過程中,出現了不同于球形／柱形氣泡的波系結構,發(fā)現了側向水錘激波、氣泡側面與射流入口附近形成的小激波和射流出口附近形成的小激波,進而解釋了小激波出現的原因。文中還揭示了射流頭部不穩(wěn)定性的發(fā)展規(guī)律,分析了渦量和環(huán)量的演化機理。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O359

【參考文獻】

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1 M.A.ULLAH;高文斌;茅德康;;Numerical simulations of Richtmyer-Meshkov instabilities using conservative front-tracking method[J];Applied Mathematics and Mechanics(English Edition);2011年01期

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本文編號：1271374