气泡从浸没孔中生成与上升的数值模拟

气泡在液体中运动过程的数值模拟

气泡在液体中运动过程的数值模拟气泡在液体中运动是一种常见的现象，它不仅具有一定的科学研究价值，同时也在工业生产和生物领域中有着广泛的应用。

为了更好地理解和预测气泡在液体中的运动行为，科学家们采用数值模拟的方法进行研究。

气泡在液体中的运动过程可以用流体力学的理论进行描述，其中液体可以被视为连续介质，而气泡则被视为一个个微小的物体。

在数值模拟中，液体的运动可以由Navier-Stokes方程组来描述，而气泡则可以通过对气泡表面上的力进行建模来考虑。

一般来说，气泡在液体中的运动受到多种因素的影响，其中最主要的是浮力、表面张力和惯性力。

浮力是由于气泡的体积较小而在液体中受到的向上的力，它与液体的密度差和气泡的体积有关。

表面张力是由于液体分子之间的相互作用而产生的，它使气泡表面上的液体分子形成一个薄膜，从而使气泡具有更高的能量。

而惯性力则是由于气泡在液体中的运动速度较快而产生的，它与气泡的质量和运动速度有关。

在数值模拟中，一般采用计算流体力学（CFD）方法来模拟气泡在液体中的运动。

CFD方法可以将流体力学方程离散化为有限体积或有限元的形式，并通过迭代求解来得到数值解。

在气泡模拟中，需要考虑气泡的形状、运动速度和周围液体的流动情况等因素，同时还需要考虑气泡与液体之间的相互作用。

在模拟气泡在液体中的运动时，需要确定气泡的初始位置、初始速度和初始形状等参数。

这些参数可以通过实验测量或者根据实际情况进行估计。

在模拟过程中，需要考虑气泡与液体之间的相互作用，通常采用两相流模型来描述气泡和液体之间的相互作用力。

同时，还需要考虑气泡表面上的力，包括浮力、表面张力和惯性力等，以及气泡内部的压力变化等因素。

通过数值模拟，可以得到气泡在液体中的运动轨迹、速度和形状等信息。

这些信息可以用来分析气泡在液体中的运动规律，进而预测气泡在不同条件下的运动行为。

例如，在工业生产中，气泡在液体中的运动对于液体混合、传质和传热等过程有着重要的影响，通过数值模拟可以优化液体的流动方式和设备结构，从而提高生产效率。

单个气泡静水中上升特性的数值模拟

单个气泡静水中上升特性的数值模拟徐玲君;陈刚;邵建斌;薛阳【摘要】为了研究静水中气泡运动的水力学特性,验证数值模拟方法对气泡运动模拟的有效性和准确性,采用基于流体体积法(VOF法)的几何重构技术捕捉水气两相界面,通过自编后处理程序提取模拟结果数据,获得气泡运动的速度、上升轨迹、变形等参数.模拟结果与模型试验结果比较表明:二者吻合情况良好,说明VOF法能准确地捕捉到气泡界面的变形情况,是一个强大的捕捉两相交界面的工具.随后分析了气泡的变形机理、运动轨迹与瞬时速度变化规律,旨在为相关气泡运动特性研究提供参考.%fn order to study bubble hydrodynamic characteristics in stilt water and validate the accuracy of the numerical simulation method, the Geometric Reconstruction Method of volume-of-fluid(VOF)was employed to track the interface between gas and liquid, and parameters such as bubble deformation, trajectory and speed were processed by digital image processing technology. Simulation results were compared with the model experimental results and found they agreed well with each other. The work showd that VOF method could accurately capture the deformation of the bubble, VOF method was a powerful tool to capture the two intersect interface. The deformation mechanism, trajectory and instantaneous velocity variation were investigated to provide reference for relevant studies on hydrodynamic characteristics of the bubble.【期刊名称】《沈阳农业大学学报》【年(卷),期】2012(043)003【总页数】5页(P357-361)【关键词】VOF方法;气泡;数值模拟;速度【作者】徐玲君;陈刚;邵建斌;薛阳【作者单位】西安理工大学水利水电学院,西安710048;西安理工大学水利水电学院,西安710048;西安理工大学水利水电学院,西安710048;中国水电顾问集团华东勘测设计研究院,杭州310014【正文语种】中文【中图分类】TV131.4水中气泡上升过程是一个非常复杂的、非线性的和不稳定的水动力学现象。

气泡动力学特性的三维数值模拟研究

气泡动力学特性的三维数值模拟研究引言：气泡动力学特性的研究在科学与工程领域具有重要意义。

气泡的运动和变形对于多个领域的过程有着显著的影响，比如在能源工程、环境工程和生物医学等方面。

本文通过三维数值模拟研究，探索气泡在不同流场条件下的运动和形态变化，深入分析气泡动力学的特性。

一、数值模拟方法的选择在研究气泡动力学特性时，数值模拟方法是一种有效且灵活的手段。

本文选择了三维数值模拟方法，通过数值求解流体力学方程和热传导方程，确定气泡的运动和形态变化。

二、气泡的动力学模型气泡的运动受到力学和热传导的耦合作用。

本文建立了一个综合考虑了浮力、阻力、表面张力等力的气泡动力学模型。

同时，在研究中还考虑了温度对气泡的影响，建立了热传导模型。

三、气泡在静态流场中的数值模拟结果本文首先对气泡在静态流场中的运动进行数值模拟。

在模拟中，我们固定了气泡的初始位置和形态，然后通过数值方法求解流体力学方程，确定气泡的运动轨迹。

结果表明，在静态流场中，气泡的运动轨迹受到浮力和阻力的影响，随着时间的推移，气泡会逐渐趋向于平衡状态。

四、气泡在动态流场中的数值模拟结果本文进一步研究了气泡在动态流场中的运动和形态变化。

在模拟中，我们改变了流场的速度和方向，通过数值方法求解流体力学方程，得到了气泡在不同流场条件下的运动轨迹和形态。

结果表明，在动态流场中，气泡的运动更加复杂，流体的速度和压力分布对气泡的形态和运动轨迹产生了显著影响。

五、对气泡动力学特性的讨论和分析通过对数值模拟结果的分析和讨论，我们深入研究了气泡动力学的特性。

不同流场条件下气泡的运动和形态变化呈现出多种多样的特点，这为气泡在工程中的应用提供了理论依据和参考。

结论：本文通过三维数值模拟研究，对气泡动力学特性进行了深入分析。

研究结果表明，气泡的运动和形态变化受到多种因素的影响，在不同流场条件下呈现出不同的特点。

这些研究成果对于提高气泡在工程应用中的效率和精度具有重要意义。

同时，本文的研究方法和模型也为类似问题的研究提供了参考。

三维气泡运动的数值模拟

三维气泡运动的数值模拟唐永刚【摘要】文章基于VOF模型,借助FLUENT软件,对单个三维气泡在近自由面运动进行了数值模拟.采用了VOF的PLIC界面重构方法,追踪气泡运动过程中气泡表面的变化.监测了气泡上升速度变化以及气泡运动对自由液面的影响.通过对直径不同的气泡数值模拟,得出了气泡运动的一些基本规律.本文数值模拟结果与实验值对比分析,三维数值模拟数据与试验结果吻合较好.【期刊名称】《南通航运职业技术学院学报》【年(卷),期】2011(010)003【总页数】6页(P37-41,91)【关键词】三维气泡;自由液面;数值模拟;VOF【作者】唐永刚【作者单位】江苏联合职业技术学院无锡交通分院,江苏无锡214151【正文语种】中文【中图分类】O3530 引言气泡运动广泛存在于船舶与海洋工程实际中，如船舶在航行中由于螺旋桨空化以及波浪翻卷与破碎产生气泡；水下爆炸产生空泡。

因此气泡动力学研究在船舶领域有较大的意义。

气泡在流体中运动是强非线性的，运动时界面变形较大，因此气泡运动数值模拟越来越受国内外学者的关注，而气泡运动界面追踪是研究重点。

气泡界面追踪方法有多种，目前比较常见界面追踪方法有边界积分法、VOF（流体体积）法、Level Set法、Lattice–Boltzmann法、Front Tracking法等。

[1-12]针对于高压爆炸产生的气泡运动规律分析，宗智、何亮、张恩国等人基于势流理论采用了边界积分法求解拉普拉斯方程，模拟了爆炸气泡运动规律。

吴锤洁、李霞采用了VOF中PLIC界面重构方法分析气泡与自由表面相互作用。

[13]Luz Amaya-Bower、Taehun Lee采用Lattice–Boltzmann法数值模拟了三维气泡运动，分析了气泡运动特性。

[14]本文基于VOF（流体体积）技术中的PLIC界面重构方法，对单个三维气泡在水中的运动进行了数值模拟，追踪了气泡界面变化和气泡在上升过程中的速度变化。

气泡在水中上升运动的数值模拟

Ｎｕｍｅｉａｉｕａｉｎｏｂｂｌｉｉｎｔｔｒｒｃｌｓｍｌｔｏｆｂｕｅｒｓｎｇｉｈｅｗａｅ
Ｚｈｎｉｇ，ＬｎｈｎｕＲｅｑｎｉＹａｃｅｇ，ＮｉＹｏｇａｎｙｎ，ＨｏｉｇｕＬｎ
ｒｂｕｄｗｈｎｉｒｄｅｏａｃｒａｎｅｔｎ．Ｔｈｅｕｓｏｈｔｂｂｌｓｎｎｔｔｒｉｔｏｇｙｉｆｅｏｎｅｔｅｕｃｓｔｅｔｉｘｅｔｅｒｓｈｈｗｓｔａｕｂｅｒｉｇｉｈｅｗａｅｓｓｒｎｌｎｌｉｕ－ｅｃｄｂｈｉｃｓｔａｉｎｅｙｔｅｖｓｏｉｙｒｔｏ，ｄｎｉａｉｎｈｕｒａｅｔｎｓｏｏｆｃｅｔｏｈｕｅｉｕｄａｄｂｂｌ．ｅｓｔｒｔｏａｄｔｅｓｆｃｅｉｎｃｅｉｎｆｔｅｏｔｒｌｑｉｎｕｂｅｙｉＫｅｙｗｏｒ：ｂｕｂｅ；ｎｍｅｃｌｓｍｕａｉｎ；ｒｓｎｅｏｉｙ；ｖｌｍｅｏｕｄｍｅｈｄｄｓｂｌｕｒａｉｌｔｏｉｉｇｖｌｃｔｉｏｕｆｆｉｔｏｌ
ｃｓｅＴｈｅｕｔｐｅｅｔｈａｈｓｎｅｏｉｆｌｒｅｂｌｈａｇｓｇｅｔｙａｔｈｓａｌｒｅｇａｉｎｆｕｓｄ．ｅｒｓｌｒｓｎｓｔｔｔｅｒｉｇｖｌｃｔｏａｇｒｂｕｂｅｃｎｅｒａｌｎｄｉａａｇｒｄｅｔｏｉｙ
ｖｌｉｆｅａｅｔｈｏｏｆｕｂｅｒａｈｓｈｒｅｔａｅａｄｔｅｅｒａｅ．Ｆｎｌ，ｈｅｃｙｗｌｅｃｙｏｔｒａａｔｅｂｔｍｏｂｌｅｃｅｅｌｇｓｖｌｎｎｄｃｅｓｓｉａｙｔｅｌｉｉｏｔｊｔｂｔａｕｈｌｖｏｔｌ

静水中气泡上升运动特性的数值模拟研究

摘要：采用数值模拟和实验研究相结合的方法，对静水中气泡上升运动特性进行了研究。在考虑和不考虑Ｂａｓｓｅｔ力的情况下对推导出的静水中单个气泡上升运动控制方程进行耦合求解的基础上，对比分析了不同初始半径气泡上升速度模拟值与实测值之间的差异，研究了在考虑Ｂａｓｓｅｔ力的情况下静水中不同初始半径气泡的模拟上升速度与时间的关系以及上升速度和初始半径对气泡半径变化率的影响。关键词：气泡；Ｂａｓｓｅｔ力；上升速度；初始半径；数值模拟
１２２ＪＵＨｕａ，ＣＨＥＮＧａｎｇ，ＬＩＧｕｏｄｏｎｇ
（１．ＦａｃｕｌｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，ＸｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ ’ ａｎ７１００４８，Ｃｈｉｎａ；２．ＦａｃｕｌｔｙｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＨｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ ’ ａｎ７１００４８，Ｃｈｉｎａ）
半径变化率的影响，以期为更好地对液体中气泡的运动研究、利用提供理论依据。
１模拟理论与方法
１．１运动控制方程１．１．１基本假定为了研究的方便，在对静水中气泡上升运动特性进行数值模拟前，做两个假设： ①初始半径较小的气泡在短距离上升运动过程中的形状始终保持为球形； ②气泡内的气体温度始终保证恒温状态。１．１．２气泡运动平衡方程在上述两个假定的基础上，建立静水中单个气泡上升运动的运动平衡方程为：ｄｕｍ＝Ｆｂｇ＋Ｆｂ＋Ｆｄ＋ＦＡ＋ＦＢｄｔ（１）

基于Level Set方法的水中气泡上升过程数值模拟

基于Level Set方法的水中气泡上升过程数值模拟田辉;房媛;王文成;邹克武;叶阳辉【摘要】基于Level Set方法发展了一种高分辨率的求解气液相界面迁移特性的数值方法.通过三步Runge-Kutta Crank-Nieholson投影方法求解流场,Level Set 方法捕捉气液交界面位置.在验证算法的捕捉性能的基础上,研究了气泡在水中上升过程的变形以及运动特性.分析结果显示气泡上升过程中的变形是气泡顶部/底部压差、两侧涡及表面张力综合作用的结果;气泡在接近壁面时由于两侧不对称涡及壁面排挤作用的影响,上升过程不断向中心区域靠近并伴随有逆时针旋转;气泡初始位置距壁面越近,壁面的影响越显著.【期刊名称】《承德石油高等专科学校学报》【年(卷),期】2016(018)002【总页数】5页(P28-32)【关键词】Level Set;投影法;Zalesak问题;气泡上升【作者】田辉;房媛;王文成;邹克武;叶阳辉【作者单位】承德石油高等专科学校机械工程系,承德067000;承德石油高等专科学校学生处,承德 067000;承德石油高等专科学校机械工程系,承德067000;承德石油高等专科学校机械工程系,承德067000;西安交通大学能源与动力工程学院,西安710049【正文语种】中文【中图分类】O359气泡运动大量存在于能源、动力、石化、航空航天等各个领域，气液相界面迁移对流体系统的宏观流动、传热及传质特性有着显著的影响。

掌握气泡的运动规律和变形机理，可为设计高效节能并可以持续稳定运行的两相流设备提供理论依据[1]。

为此国内外学者发展了各种数值模拟方法用于研究多相流相界面迁移特性，如当前被普遍应用的：Front Tracking Method[2]、VOF[3]、Level Set[4]等系列算法。

Front Tracking Method通过拉格朗日思想跟踪表征界面位置的虚拟标记粒子来获取相界面的运动规律。

静水中气泡上升运动特性的数值模拟研究

静水中气泡上升运动特性的数值模拟研究
气泡上升在水面上拥有奇特的美感，这给了我们带来乐趣和快乐。

但是它背后更多的是精密复杂的物理现象。

本文将介绍用数值模拟研究静水中气泡上升运动特性的研究内容。

所谓数值模拟，是指通过使用数值方法来近似模拟实际物理场景，以计算机确定系统属性和性能，使数据得以可靠的准确解释。

在静水中的气泡上升过程中，研究这一精确的模型时关键的是正确的应用不同的现象，如气液混合、流体力学和气泡运动等。

数值模拟将考虑液体性质和气体性质，并考虑在气泡膜壁表面之间的流动。

在考虑边界条件的前提下，该研究将模拟气泡运动情况，试图通过给定参数拟合不同工况下气泡上升特性。

根据获得的分析结果，研究者们不仅可以得到准确的气泡上升形状，还可以获得不同工况下的气泡上升速率的信息。

经过数值模拟的研究，气泡上升特性的流体力学知识可以得到准确解析，为气体混合罐等产品的设计与改进提供重要参考。

此外，研究成果也可以用于有关污染物在水体中的迁移等复杂过程的研究中，为把握水质变化歉离抑制污染物的迁移提供理论支撑。

气泡这一简单的物理过程其实背后有很多复杂的物理过程，而数值模拟从不同的角度考究这一物理现象，可以更加深入的了解这一过程的本质。

水下气泡运动的数值模拟

究提供了一种可行的模拟方法。关键词：气液两相流；气泡；ＶＯ方法；数值模拟Ｆ
中图分类号：Ｔ３．Ｖ１１４
文献标志码：Ａ
文章编号：１７ —７８（０００ —０４ —４６３１０２１）８６７
Ｎｕｍｅｉａｉｕｌｔｏｎｍｏｉｎｏｕｂｌｎｄｒｗａｅｒｃｌｍａｉｎｏｔｏｆｂｂｅｕｅｔｒｓ
Ａｂｓｒｃ：Ｉｒｅｏｒｓａｃｈｔｎａｄｅｏｕｏｆａｓｇｅｂｂｌｄｔｏｈｒｏｔｌｒａｇｄｂｂｌｓｉｔａｔｎｏｄｒｔｅｅｒｈｔｅｍｏｏｎｖｌｔｎｏｉｌｕｂｅａｗｏｚｎａｌａｒｎｅｕｂｅｉｉｎｎｉｙｎ
ｈ０ｄｇｅｍｎｂｔｅｐｉｔａｌｎＴｕｉｆｒａｅｂｌｎｔｄｏｈｄａｅｓｄｔｇｏａｒｅｅｔｅｅｎｘｒｎｄｉｕａｏ．ｈ，ｏｅｓｆｉｅｉｕａｏｍｅｏｆｔａｖｃｄｔｙｅｗｅｅｍｅｓｎｓｍｔｓｉｓｔｓａｌｓｍｔｉｈｒｅｎｕ
ｑｉｃｎｖｓｕｑｉｄｅｕｙｎｙｔｅＯｖｌｅｏｉｅｏａｐｉａｋｔｅｔｆｅｉｗｉｕｓｅｔｉｏｓｌｕｕｂｏａｃ，ｈＦ（ｕｆｌｄｍｔｄｗｓｐｌｄｔｔｆ１ｈｕａｅｏｒｈｉｒｃｎｎｃ
摘要：为研究水下气泡运动与演化特性，对水中浮力作用下的单气泡及水平并列的两气泡上升过程分别进行数值模
拟。采用Ｏ（ｌｅｆｕ）ＶＦｖｕｏｆｉ方法对气液两相的交界面进行追踪，ｏｍｌｄ考虑两相间的表面张力作用，计算不同时刻的气泡结构及其引起的两相流场。研究了气泡上升过程底部速度的变化规律，并分别与实验照片进行对比。结果表明，水下气泡上升过程底部持续向内凹陷，最后破裂为多个小气泡向水中扩散，并且尾流区出现明显的旋涡结构。模拟两气泡运动时发现气泡摇摆上升，最终未发生聚并。数值模拟结果与实验能很好吻合。该研究结果为水下气液两相流动的研

单个气泡上浮过程的数值模拟

单个气泡上浮过程的数值模拟张妍;杨帆【摘要】为了了解气泡上浮过程中形态的变化,采用FLUENT软件中"流体体积"(Volume of Fluid,VOF)模型对单个气泡在静止液体中的上浮情况进行数值模拟,得到了奥特斯数(Eo)在O(10-1)~O(102),莫顿数(Mo)在O(10-9)~O(104)范围内气泡的形态.将计算得到的结果与气泡形状图谱做对比,印证了无量纲参数Eo数、Mo数和Re数的数值大小与气泡在上浮过程中形状的变化和最终速度密切相关.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2016(000)007【总页数】4页(P4-7)【关键词】气泡上浮;VOF;数值模拟;气泡形状【作者】张妍;杨帆【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093;上海理工大学上海市动力工程多相流动与传热重点实验室,上海 200093【正文语种】中文气液两相流广泛存在于人类的生产、生活等各个领域。

其中，气泡的产生及特性对船舶运输、石化工业、食品、医疗以及能源的开发和利用都有着重要的影响。

对气泡的形状和运动特性的掌握，对生产过程中的参数设定、控制运行以及生产效率的提高等方面起着重要的作用。

国内外学者对气泡上浮过程中的形态变化、速度变化、受力情况、破碎现象以及气泡融合等现象做了大量研究。

1959年，Young等[1]采用线性模型模拟研究了小雷诺数下气泡和水滴的移动。

1976年，Grace等[2]人给出了著名的气泡形状图谱，提出了三个无量纲数奥特斯数（Eo）、莫顿数（Mo）、雷诺数（Re），以表征气泡在黏性溶液中的上升形态。

Bhaga和Weber[3]接着完善了气泡图谱。

此外，Li等[4]运用VOF（Volume of Fluid）法模拟了气泡在液体中的形成和上升。

付攀等[5]对微小气泡的运动进行了仿真计算，并推导了运动方程。

气泡在液体中运动过程的数值模拟

2 期卢作伟等:
气泡在液体中运动过程的数值模拟 129
〔 12〕式 ( 12) ( 13) ( 14) ( 15) 进行。 ( 3) 为满足连续方程 ( 10) , 按 S I M PL E 方法进行压力修正, 收敛的条件是全流场的压力最大误差不得超过某一个值。 ( 4) 距离场按方程 ( 11) 进行推进。 ( 5) 距 ( 6) 重复步骤 ( 12) 到 ( 5) , 进行不定常时间的下一个时间步。离场的重新初始化, 计算方程 ( 16) 。
( 14)
128
计算力学学报
14 卷
由于在界面两侧物性参数的变化比较大, 所以为了能够顺利的进行计算, 我们将把物性参数在界面层中进行平滑的过渡, 以保证控制方程组解的存在。在一般情况下界面层都是非常薄的一层, 因而这种过渡只要比较平滑即可, 在这里我们选用正弦函数来作为过渡函数变化的基础, 这样可以保证物性参数的一阶导数和它本身在全流场内都是连续的。具体的计算公式如下: 1 Υ> Α ) = Xb Xl ( 15) X (Υ Υ< - Α Υ ≤Α ) X + ∃X sin ( Π Υ2 Α X = (X b + X l ) 2 X l ∃X = (X l - X b ) 2 X l 上式中下标 b 表示气相的参数, l 表示液相的参数, X 表示任一流体物性参数, 如密度或粘性系数等。当 Υ场是严格的距离场时, 而且它的等零线代表界面, 那么界面的曲率将可以从 Υ场得到严格的计算公式如下: ) = ( Υ ( 16) k (Υ Υ) = Υ 214 距离函数的重新初始化我们要求在每一时间积分步 Υ都是严格的距离场, 但是从对流方程 ( 3) 计算所得的 Υ场显然不能始终保持这一特性。所以我们从距离场和 Υ = 1 互为充要条件出发, 引入下面的 2 方程 : H am ilton J acob i ) ( 1. 0 Υ Υ) Σ = sign ( Υ ( 17) → → Υ( x , 0) = Υ 0 (x ) → ) 是 Υ的符号函数, Υ 式中: sign ( Υ 在每一完 0 ( x ) 是每一时间步由对流方程 ( 3 ) 得到的 Υ的分布。整积分步后, 用方程 ( 17) 重新调整 Υ场, 这样得到的 Υ场满足 Υ = 1, 并作为下一个时间步的距离场。 215 算例的参数与边界条件在实际计算中气泡的初始形状是球形或其他轴对称形, 因此我们在柱坐标系下进行数值求解, 并假定气泡在半径足够大的圆柱筒中运动。采用交错网格来离散求解区域, 对流项用二阶迎风格式, 时间方向是一阶精度的。在圆柱边界面上采用无滑移条件, 在垂直于气泡运动的上下计算域界面上采用第二类边界条件。我们计算了两类问题, 第一类是文献〔 11〕实验的气泡在糖溶液中运动, 溶液的物性参数的范围是粘性系数从 01082 ( Pa ・ s) 到 218 ( Pa ・ s) , 密度从 131410 ( kg m 3 ) 到 1390 ( kg m 3 ) , 表面张力系数从 010769 (N m ) 到 0108 (N m ) 。另一类就是水中的气泡运动, 粘性系数为 01001137 ( Pa ・ s) , 密度是 100010 ( kg m 3 ) , 表面张力系数是 010728 (N m ) 。气泡的物性参数都按空气的参数计算, 粘性系数是 010000178 ( Pa ・ s) , 密度是 11226 ( kg m 3 ) 。显然在我们的算例中, 界面处物性参数的变化最小是几百倍, 最大可达几十万倍, 因而有效的处理界面对计算的顺利进行是至关重要的。计算的步骤如下: ( 1) 给定初始场 ( 在我们的计算中初始场是静止场) , 特别要给出初始的距离函数场, 要求它严格符合距离场的性质。 ( 2) 求解动量方程 ( 9) , 其中有关参数的计算按公

基于OpenFOAM的气泡上升特性数值模拟

基于OpenFOAM的气泡上升特性数值模拟蔡杰进;曾庆允;渡边正【期刊名称】《热力发电》【年(卷),期】2013(042)009【摘要】基于开源OpenFOAM架构,对气泡的上升速度和形状进行模拟,模拟结果均与试验数据吻合,表明了计算模型能够准确模拟气泡的运动特征.利用经过验证的模型对不同初始直径气泡的上升速度、压力和气泡纵横比随时间的变化规律以及不同Bo数和Mo数对气泡形状的影响进行系统分析和研究发现:气泡上升过程有一定的加速时间,且速度最终趋于某稳定值,但会有很微小幅度的摆动,初始直径越大的气泡最终上升速度越大；气泡内部压力很快达到一个最大值后,随着气泡上升时间的增长而变小,同时刻下直径较大的气泡,其压力也较大；小气泡的变形较小,且当气泡直径大于某值时,最终的纵横比趋于一定；Bo数为O(0)量级以下或Mo数很大(O(8))时气泡为球形几乎不变形,增大Bo数或减小Mo数气泡逐渐产生形变.【总页数】4页(P24-27)【作者】蔡杰进;曾庆允;渡边正【作者单位】中山大学中法核工程与技术学院,广东珠海 519082;中山大学物理科学与工程技术学院,广东广州 510275;中山大学物理科学与工程技术学院,广东广州510275;福井大学核工程研究所,日本福井914-0055【正文语种】中文【中图分类】TK284【相关文献】1.单个气泡静水中上升特性的数值模拟 [J], 徐玲君;陈刚;邵建斌;薛阳2.气泡在静水中上升破裂产生射流特性的数值模拟 [J], 程军明;吴伟烽;聂娟;刘展;冯全科3.静水中气泡上升运动特性的数值模拟研究 [J], 鞠花;陈刚;李国栋4.基于界面追踪法的不同初始形状同轴双气泡上升直接数值模拟 [J], 潘雁妮;吴忱韩;张莹5.基于OpenFOAM的液态金属铅铋三维流动换热特性数值模拟研究 [J], 何少鹏;王明军;章静;田文喜;苏光辉;秋穗正因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于无网格法的水中气泡上升运动数值模拟

基于无网格法的水中气泡上升运动数值模拟
孙中国;席光;项利峰
【期刊名称】《工程热物理学报》
【年(卷),期】2007(28)5
【摘要】本文对无网格法的一种一移动粒子半隐式法(MPS)进行了较深入的研究,介绍了该方法的基本原理和算法,推导并建立了表面张力和气液两相流等若干粒子作用模型,编程实现了二维情况下水中气泡自由上升运动的数值模拟;对计算结果进行分析并与相关实验结果进行了定性比较,模拟结果显示了移动粒子半隐式法在模拟自由表面和气液两相流问题的优越性,也为研究涉及到大变形的相关问题提供了很好的解决思路。

【总页数】3页(P772-774)
【关键词】无网格法;移动粒子半隐式法;表面张力;气液两相流
【作者】孙中国;席光;项利峰
【作者单位】西安交通大学能动与动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】O351.2
【相关文献】
1.基于Level Set方法的水中气泡上升过程数值模拟 [J], 田辉;房媛;王文成;邹克武;叶阳辉
2.静水中上升气泡对颗粒运动影响的数值模拟研究 [J], 张鸿雁;许琳;崔海航
3.气泡在水中上升运动的数值模拟 [J], 朱仁庆;李晏丞;倪永燕;侯玲
4.气泡在静水中上升破裂产生射流特性的数值模拟 [J], 程军明;吴伟烽;聂娟;刘展;冯全科
5.静水中气泡上升运动特性的数值模拟研究 [J], 鞠花;陈刚;李国栋
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《2024年气泡动力学特性的三维数值模拟研究》范文

《气泡动力学特性的三维数值模拟研究》篇一摘要本文通过三维数值模拟技术，对气泡动力学特性进行了深入研究。

通过对气泡生成、运动、上升和破裂等过程进行数学建模和模拟，我们能够更好地理解气泡在不同条件下的行为，从而为工业生产、环境保护、海洋工程等领域的实际问题提供理论依据和解决方案。

一、引言气泡作为流体中的基本组成部分，其动力学特性在许多领域具有重要影响。

从微观的化学反应到宏观的海洋环境，气泡的生成、运动和破裂等行为都直接影响着系统的性能和稳定性。

因此，对气泡动力学特性的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

二、研究方法本研究采用三维数值模拟技术，通过建立精确的数学模型，对气泡的动力学特性进行深入研究。

首先，我们确定了研究的物理模型和数学方程，包括流体动力学方程、热力学方程等。

然后，利用高性能计算机进行数值计算和模拟。

最后，通过数据分析和可视化技术，将模拟结果直观地展示出来。

三、气泡动力学特性的三维模拟1. 气泡生成与运动：在模拟中，我们研究了气泡从生成到运动的过程。

通过对流体动力学方程的求解，我们能够观察到气泡在流体中的运动轨迹和速度变化。

此外，我们还考虑了不同流体条件对气泡生成和运动的影响。

2. 气泡上升过程：我们模拟了气泡在流体中的上升过程，包括上升速度、形状变化等。

通过改变流体的物理性质（如密度、粘度等），我们研究了这些因素对气泡上升过程的影响。

3. 气泡破裂过程：我们还研究了气泡的破裂过程，包括破裂的原因、方式和影响等。

通过分析气泡破裂过程中的能量变化和流体动力学特性，我们能够更好地理解气泡破裂的机理。

四、结果与讨论通过对模拟结果的分析，我们得到了关于气泡动力学特性的重要结论。

首先，我们发现流体的物理性质对气泡的生成、运动和破裂具有重要影响。

例如，高粘度流体中的气泡上升速度较慢，而低粘度流体中的气泡则更容易破裂。

其次，我们还发现气泡的形状在运动过程中会发生变化，这种变化会影响气泡的稳定性和运动轨迹。

气泡流动的力学规律与数值模拟研究

气泡流动的力学规律与数值模拟研究气泡是指液体中的一团气体，由于密度小于液体，因此在液体中会向上浮起，形成气泡。

气泡在液体中的流动和漂浮，涉及到复杂的流体力学问题。

本文将从力学规律和数值模拟两个方面探讨气泡流动的相关问题。

一、气泡流动的力学规律1. 气泡浮力气泡浮力是指气泡由于其体积小、密度轻而受到上浮的力。

根据阿基米德定律，浮力的大小等于排出液体的重量，即F_b = ρ_vgV，其中ρ_v为气泡体积密度，g为重力加速度，V为气泡体积。

浮力的大小和气泡体积成正比，因此气泡越大，其浮力也越大。

同时，液体中的温度、压力、密度等参数也会对浮力产生影响。

2. 气泡阻力当气泡在液体中运动时，其受到的阻力是气泡运动时的速度、液体的密度、粘度以及气泡形态等因素决定的。

在液体中运动的气泡会向周围液体施加一定大小的阻力，同时也会受到周围液体施加的阻力。

气泡的形态也会对阻力产生影响，一般情况下，气泡直径越小，其形态越接近球形，所受到的阻力也就越小。

3. 气泡拖曳力气泡在向上浮起运动的同时，也会带动周围的液体形成涡旋，从而使周围的液体也产生流动。

液体在气泡运动的过程中，会受到来自气泡的拖曳力，拖曳力的大小也取决于气泡运动时所产生的流场。

对于小气泡来说，其周围的流动主要是由液体的粘性影响，所产生的拖曳力也相对较小；而对于大气泡来说，其周围的流动则主要受到液体的惯性影响，其所产生的拖曳力也相应较大。

二、数值模拟研究针对气泡流动的力学规律，目前研究人员已经开展了大量的数值模拟研究，旨在了解以及优化气泡在液体中的运动和漂浮。

下面将从几个方面介绍数值模拟在气泡流动研究中的应用。

1. 流动模拟流动模拟是指将气泡在液体中运动所产生的物理现象用数学模型描述，并通过计算机进行模拟的过程。

通过流动模拟，可以对气泡在液体中的运动轨迹、速度、压力等参数进行分析研究，以更好地了解流动的特性和动力学规律。

2. 界面模拟界面模拟是指将液体和气泡之间的接触面用数学模型进行描述，并通过计算机进行模拟的过程。

气泡动力学特性的三维数值模拟研究

气泡动力学特性的三维数值模拟研究引言：气泡作为流体力学领域中重要的研究对象，在多个领域具有广阔的应用前景。

通过数值模拟的方法，可以对气泡的动力学特性进行深入研究。

本文利用三维数值模拟方法，对气泡运动的各种特性进行了探究，旨在深入理解气泡的形态演变、运动轨迹以及与周围环境的相互作用。

一、数值模拟方法的选取数值模拟是研究气泡动力学的一种重要手段。

本文采用了计算流体力学（CFD）方法，具体应用了基于有限体积法的 Euler-Lagrange 双尺度模拟方法。

这种方法可以同时考虑气泡和周围流体的相互作用。

在此基础上，通过分析气泡与周围流体的作用力，可以揭示气泡在不同流体环境中的运动规律。

二、气泡形态演变的数值模拟分析通过数值模拟方法，可以研究气泡在不同流场中的形态演变。

在流体流场中，气泡的形态会受到流体力学的影响，发生较大变化。

通过模拟计算，可以得到不同流速下的气泡形态与流体速度分布的关系。

在较大流速下，气泡形态呈现出流线型，而在较小流速下，气泡则呈现出类似球形的形态。

三、气泡运动轨迹的数值模拟分析气泡在流场中的运动轨迹是气泡动力学研究的重要内容之一。

通过数值模拟，可以研究气泡在不同流速下的运动轨迹。

研究发现，气泡在流速较快的情况下，轨迹呈现出较大的弯曲程度。

而在流速较慢的情况下，气泡的轨迹则相对较直。

此外，研究还发现，气泡的运动轨迹与气泡的初速度、大小和形态密切相关。

四、气泡与周围流体的相互作用分析气泡与周围流体的相互作用是气泡动力学研究的核心内容之一。

数值模拟方法可以很好地模拟这种相互作用关系。

通过分析气泡与周围流体的作用力，可以了解气泡在流场中的运动受到的阻力的大小与方向。

研究发现，气泡运动过程中，流体的黏性力、压力梯度力以及重力力对气泡的运动产生重要影响。

此外，气泡表面的液膜流动也是气泡与周围流体相互作用的重要因素。

结论：通过三维数值模拟方法研究气泡的动力学特性，可以深入理解气泡形态演变、运动轨迹以及与周围环境的相互作用关系。

《2024年气泡动力学特性的三维数值模拟研究》范文

《气泡动力学特性的三维数值模拟研究》篇一摘要本文旨在通过三维数值模拟的方法，对气泡动力学特性进行深入研究。

通过建立数学模型，运用计算流体动力学（CFD）技术，对气泡在流体中的生成、运动、变形及破裂等过程进行数值模拟。

本文首先介绍研究背景和意义，然后详细阐述数学模型的建立、数值模拟方法及结果分析，最后总结研究成果并展望未来研究方向。

一、引言气泡动力学是流体力学中的一个重要研究领域，涉及气泡在流体中的生成、运动、变形及破裂等过程。

这些过程在许多工程领域中具有广泛应用，如化工过程中的气液传质、海洋工程中的气泡减阻、医学领域的微气泡诊断和治疗等。

因此，对气泡动力学特性的研究具有重要的理论价值和实际应用意义。

二、数学模型的建立为了对气泡动力学特性进行数值模拟，需要建立相应的数学模型。

本文采用计算流体动力学（CFD）技术，通过求解Navier-Stokes方程和连续性方程等基本流体动力学方程，来描述气泡在流体中的运动过程。

同时，考虑到气泡的表面张力、粘性力、浮力等影响因素，建立了包含这些因素的数学模型。

三、数值模拟方法1. 网格划分：为了进行数值模拟，首先需要对计算区域进行网格划分。

根据气泡的运动特性和计算需求，采用合适的网格划分方法，确保计算的准确性和效率。

2. 求解方法：采用高精度数值求解方法，如有限元法或有限差分法等，对建立的数学模型进行求解。

通过迭代计算，得到气泡在流体中的运动轨迹、形状变化及受力情况等。

3. 边界条件与初始条件：根据实际问题，设定合理的边界条件和初始条件。

如设定流体的速度、温度、压力等参数，以及气泡的初始位置、大小、速度等。

四、结果分析1. 气泡生成与运动：通过数值模拟，可以观察到气泡在流体中的生成过程。

随着气体的不断加入，气泡逐渐形成并开始在流体中运动。

其运动轨迹受到流体速度、粘性力、表面张力等因素的影响。

2. 气泡变形与破裂：在流体中运动的气泡会受到各种力的作用，从而发生变形。

不同管口浸没方式下气泡生成行为特性

不同管口浸没方式下气泡生成行为特性吴晅;李晓瑞;马骏;秦梦竹;周雅慧;李海广【摘要】The visual experiment and three-dimensional numerical simulation of the bubble generation behavior process under three nozzle immersion modes were carried out. The impacts of nozzle immersion modes, nozzle diameters and gas flow rates on the bubble formation, the bubble detachment diameter, the bubble expansion and detachment time, and the velocity of the gas-liquid flow are analyzed. Good agreement between the experimental and numerical simulation results is obtained. The results indicate that the bubble formation process can be categorized into two modes: single bubble generation and double bubbles generation, and there exists a critical point indicating bubble detachment form. The bubble detachment diameter increases with the increase of nozzle diameter and gas flow rate under all three different nozzle immersion modes. The bubble expansion and detachment time increases with the enlargement of nozzle diameter. However, with the increase of gas flow rate, it decreases sharply at the beginning and then tends to be gentle gradually. With bottom-submerged and side-submerged nozzles, the major to minor axis ratio (C) of bubble fluctuates near the values of 0.75 and 1.1, respectively. And the bubble detaches in spherical shape. While with top-submerged nozzle, the bubble detaches in the form of ellipsoidal shape with the C value fluctuates around 1.5.%对三种管口浸没方式下气泡生成行为过程进行可视化实验和三维数值模拟.对比分析了管口浸没方式、管口直径、气体流量等因素对气泡生成形态、气泡脱离直径、气泡膨胀脱离时间以及气液流场速度的影响.实验与数值模拟取得较为一致的结果.研究发现,气泡生成过程可分为单气泡生成和双气泡生成聚并两种模式,两者之间存在明显的气泡脱离形态转折点;三种管口浸没方式下,气泡脱离直径均随着管径和气体流量的增大而增大;气泡膨胀脱离时间随管径的增大而增加,而随气体流量的增加先急剧下降然后趋于平缓;在底吹和侧吹方式下,气泡长短轴比C值分别在0.75和1.1附近波动,其最终脱离形式均接近于球形;而顶吹方式下,C值在1.5附近波动,气泡脱离形态为椭球形.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2019(070)003【总页数】12页(P901-912)【关键词】气液两相流;气泡;数值模拟;浸没方式;脱离直径【作者】吴晅;李晓瑞;马骏;秦梦竹;周雅慧;李海广【作者单位】内蒙古科技大学能源与环境学院, 内蒙古包头 014010;内蒙古科技大学能源与环境学院, 内蒙古包头 014010;内蒙古科技大学能源与环境学院, 内蒙古包头 014010;内蒙古科技大学能源与环境学院, 内蒙古包头 014010;内蒙古科技大学能源与环境学院, 内蒙古包头 014010;内蒙古科技大学能源与环境学院, 内蒙古包头 014010【正文语种】中文【中图分类】TV131.4引言环境、化工等工业领域广泛存在气液两相流动现象[1-6]。

基于扩散界面法的较大气泡上升过程数值模拟

基于扩散界面法的较大气泡上升过程数值模拟王烨;蔡杰进【摘要】基于扩散界面法和有限元法,对较大气泡在上升阶段的形态和速度进行了模拟,结果与实验吻合较好,说明该方法能准确地模拟气泡的运动特性.利用该模型,对初始直径不同的较大气泡上升过程中的形态、速度和振荡随时间变化的规律进行了分析.并分析了14 mm直径的气泡在不同尺寸通道中上升过程的形态、速度的变化规律.结果表明:气泡的稳定形态随着气泡初始直径的增大由椭球形变为球帽形,且达到稳定形状的时间更长.气泡初始直径越大,气泡的顶端速度越快,并稍有波动.而气泡的底端速度开始快速增大使气泡向内凹陷,随后同落并在气泡顶端速度上下振荡.气泡上升通道越窄,气泡达到稳定形态的时间越长,顶端速度越小,气泡的高宽比越大.%Based on the diffusion interface method and the finite element method,the shape and velocity of the larger bubble during the rising process were simulated.The results agree well with the experiments of the references.It is indicated that the diffusion interface method can correctly simulate the motion characteristics of the bubble.By using this model,the shape,velocity and oscillation of bubbles with different initial diameters were analyzed during the rising process.Moreover,the variations of shape and velocity of the bubble with diameter of 14 mm in rising process with different sizes of channel were also studied.The results show that with the increase of the initial diameter it takes more time to get the stable shape of the bubble from the ellipsoid to the spherical cap type.The larger the initial diameter bubble is,the greater the top velocity of the bubble is.The bottom velocity of the bubble increases rapidly at very beginning so thatthe bottom of the bubble is inward depression,then the bottom velocity falls back and shocks around the top velocity of the bubble.As the bubble rises in a smaller size channel,the top velocity of the bubble decreases,the height/width ratio increases and longer time is needed to get the stable shape.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2017(051)002【总页数】6页(P275-280)【关键词】较大气泡;扩散界面法;稳定形态;上升速度【作者】王烨;蔡杰进【作者单位】华南理工大学电力学院,广东省能源高效洁净利用重点实验室,广东广州 510640;华南理工大学电力学院,广东省能源高效洁净利用重点实验室,广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】TK284气液两相流广泛存在于工业生产中，在化工、能源、核反应堆、动力等方面，气泡的发展和形态变化对设备的安全稳定运行有着不可忽视的作用，而对气泡运动规律的研究也得到国内外学者的广泛关注，但目前仍缺乏针对相对较大气泡运动特性的较为细致的研究。