一种改进的高效粒子水平集法及其应用

针对传统粒子水平集法效率较低,难以应用于复杂工程问题的不足,基于积分平均法及局部粒子初始化方法提出一种改进的高效粒子水平集法.将虚拟粒子引入水平集法不仅可以抑制数值扩散,而且可以降低传统方法对高精度离散格式的依赖性,从而使得引入低阶、高效的积分平均法后界面捕捉精度仍保持二阶.通过将粒子布置于界面局部曲率较大的区域,有效地提高了粒子对界面的修正效率,增加了界面光顺性.改进的高效粒子水平集法能保持良好的鲁棒性,在保证界面捕捉精度的同时显著提高计算效率,计算效率约提高90%.     

T型微通道内气液两相流数值模拟

采用相场方法,在湿壁面条件下对T型微通道内不可压缩气液两相流动进行了模拟研究.数值模拟中得到微通道内特有气泡——Taylor气泡形成的过程,发现其形成共经历了4个阶段,气泡在形成过程中主要受到挤压力、表面张力、黏性力的作用,分析各阶段这3种力对气泡的作用,得到Taylor气泡形成机理.计算结果表明,挤压力和表面张力在气泡整个形成过程都起作用,表面张力在气泡脱离前达到最小值,黏性力仅在气泡形成前两阶段起作用并在阻塞阶段取得最大值.这些基本规律为有效控制微通道内气泡尺寸和微通道系统设计提供了一定的依据.     

小韦伯数下小球入水的数值分析

为了能准确预测壁面湿润性对固体入水的影响,使用二维轴对称模型和动网格技术模拟了疏水小球低速竖直入水实验,使用用户自定义函数(UDF)加入动态接触角模型来处理壁面湿润性.气液界面的捕捉采用流体体积(VOF)法,界面重构应用Compressive方法.首先模拟了小密度超疏水小球入水实验以验证小球受力计算的准确性,然后针对3种不同空泡类型实验进行数值模拟,模拟结果与实验符合较好,并数值分析了入水初速度的改变对入水过程的影响,对于shallowseal空泡,无量纲闭合时间与韦伯数可用二次曲线精确拟合.     

应用改进粒子水平集法对液滴碰撞的数值研究

为了准确捕捉自由面运动,求解液滴的碰撞过程,针对传统粒子水平集法不适用于待修正网格包含在虚拟粒子内部的情况,在充分分析以上问题的基础上提出一种新的局部距离函数定义方式.经测试问题验证,改进方法可降低由于粒子沿非界面法线方向运动对界面修正的干扰,显著提高界面捕捉精度及守恒性.应用改进粒子水平集法对二维液体碰撞过程进行数值模拟,计算结果显示:相对速度是正碰过程是否发生分离的决定因素,空气中两个直径为3mm的正碰水滴的临界韦伯数为13.79;偏心程度和相对速度共同影响偏心碰撞的液滴形态;给定相对速度时存在两个临界偏心程度,偏心程度介于临界值之间时碰撞后不发生分离.