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高精度STACS格式VOF方法及气液相界面流动的数值模拟研究

作　者: 牛静
导　师: 赖焕新
学　校: 华东理工大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 高精度STACS格式 VOF方法单气泡垂直自由降膜数值模拟
分类号: O359
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

气泡运动和液膜流动等气液两相之间包含互相耦合且可变形的相界面,这一类问题广泛存在于自然界及工业过程之中。由于相界面存在变形以及界面处表面张力难以准确计算等问题,采用高精度算法以提高和改善两相界面计算结果的精确性和锐利程度,是数值模拟气液相界面流动的发展趋势。本文以有限体积法中的非交错网格的SIMPLE算法为基础,通过延时修正方法纳入高精度STACS格式,利用连续表面力模型将表面张力以体积力的形式加入动量方程之中,构造加入STACS格式与表面张力后的VOF控制方程组。在此基础上,使用FORTRAN语言编写程序,建立了相应的高精度VOF算法和求解程序。单气泡运动是气液两相运动中最基本的问题。气泡在水中运动变形,受到浮力、重力、粘性力、以及气液相界面处表面张力等共同作用。本文使用构造的高精度STACS格式VOF方法来研究单气泡在水中稳态上升运动及其变形。计算结果表明,本文STACS格式算法得出的气泡相界面处的连续性和光滑性要好于使用SMART格式以及FLUENT软件模拟的结果,更符合相关文献中的结果。数值模拟研究了单孔降膜元件下的高粘流体垂直自由降膜流动,分析了不同结构参数和物性参数下降膜的流动性、膜面收缩以及在一定区域内的成膜面积等特性,获得了单孔高粘流体降膜流场的流体力学认识,为单孔降膜元件结构的选型提供了基本的研究和判据。

高精度STACS格式VOF方法及气液相界面流动的数值模拟研究

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