两相流数值模拟(第8讲)-LevelSet方法及其应用0420
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用Level Set方法求解具有自由面的流动问题
袁德奎;陶建华
【期刊名称】《力学学报》
【年(卷),期】2000(032)003
【摘要】为采用Level Set方法来计算有自由水面的流动问题提出了一种方案.把自由水面视为水和空气的交界面,两种介质用统一的N-S方程求解,在自由面两侧分别采用各自的密度和粘性,并在自由面上给以适当的光滑;采用边界元法求解双调和方程来确定距离函数;N-S方程用投影法求解.文中给出了二维水池水面振荡和瞬时溃坝问题的算例,可以看出用Level Set方法求解有自由面流动问题是有效的.【总页数】8页(P264-271)
【作者】袁德奎;陶建华
【作者单位】天津大学力学系,天津,300072;天津大学力学系,天津,300072
【正文语种】中文
【中图分类】O3
【相关文献】
1.基于广义有限差分法求解非线性自由液面的液体晃动问题 [J], 张挺;任聿飞;杨志强;范佳铭
2.用同伦分析方法求解具有抽吸喷注的运动延伸表面上流动问题 [J], 宋毅;郑连存;张欣欣
3.Level Set方法在自由面流动数值模拟中的应用 [J], 高玉丽;刘全辉
4.用Adomain拆分法求解具有抽吸喷注的运动延伸表面上的流动问题 [J], 路云
5.具有绝热自由表面的三阶流体在重力作用下沿斜面薄膜流动时的热临界 [J], O·D·玛金德;黄锋(译);张禄坤(校)
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气液两相流数值模拟方法的研究与应用气液两相流是指同时存在气体和液体的复杂流动现象,广泛存在于自然界和工业生产中,如瀑布、波浪、化工反应器、石油开采等。
气液两相流的研究对于理解和控制这些现象、提高生产效率和安全性具有重要意义。
数值模拟是研究气液两相流的有效方法。
相比于实验方法,数值模拟的优势在于能够获得更多的细节信息和精确数据,同时也可以极大地降低成本并避免实验过程中的危险性和不确定性。
本文将介绍气液两相流数值模拟的方法,及其应用领域和未来挑战。
一、数值模拟方法1. 传统方法传统方法通常采用两相流模型,基于欧拉方程求解。
由于气液两相流的复杂性,这种方法常常涉及到多个物理场的耦合和相互作用,如热传递、质量传递、化学反应、多相流动力学等。
因此,该方法具有计算量大、计算时间长、计算结果不精确等缺点。
2. 基于LBM的方法LBM(lattice boltzmann method)是一种介观尺度(宏观与微观之间的中间尺度)数值模拟方法,可以直接模拟流体内部微观运动方式,适用于模拟多相流动现象。
这种方法是根据Boltzmann方程建立的,通过碰撞模型模拟流体分子的运动,以此获得整个流场在不同时间的状态。
该方法具有计算速度快、模拟精度高、易于建模及可扩展性等优点。
3. 基于CFD的方法CFD(computational fluid dynamics)是指应用计算机数值方法对流体流动进行模拟和分析的工程技术。
CFD方法通过建立流动场的数学模型并采用数值求解方法进行计算,从而得到流场的物理或数学解。
这种方法在气液两相流领域中也得到了广泛应用。
4. 其他方法此外,还有一些其他的数值模拟方法,例如基于粒子方法的SPH(smoothed particle hydrodynamics)和DEM(discrete element method)等。
这些方法基于不同的假设和算法,都有各自的优缺点,在不同的气液两相流应用场景中发挥着重要的作用。
气液两相流数值模拟及应用气液两相流是指在某些现象或工艺中,气体和液体同时存在,相互作用,形成的复杂流动状态。
气液两相流在自然界和工业生产中都有广泛的应用,如气液动力学、船舶工程、石油化工、水力学、管道输送等。
数值模拟技术是研究气液两相流的有效方法之一,可通过数学模型描述气液两相流的运动规律,预测流体在各种复杂工况下的运动状态,为各个领域的工程问题提供了重要的参考和解决方法。
一、气液两相流的特点气液两相流的特点是复杂性和多变性。
气液两相流的物性参数(如密度、粘度等)随着相体积分数的变化而变化,在不同的压力、温度和流速下具有不同的特性,且颗粒大小和形状不同,流动形态和动态行为也各异。
正因为如此,对气液两相流的数值模拟需要考虑诸多的参数和影响因素,同时需要选择合适的数值模型、计算方法和数值算法。
二、数值模拟的方法数值模拟方法包括欧拉方法和拉格朗日方法。
欧拉方法适合于模拟流体的宏观运动,它将流场用网格剖分成小单元,并在每个单元上建立流体的宏观性质方程,求解这些方程,得到流场的解析结果。
欧拉方法适合于模拟气体简单的流动情况,但对于气液两相流就显得有些困难,因为在气液两相流中液滴和气泡的运动轨迹是不确定的,欧拉方法不能很好地描述它们碰撞和合并的过程,因此需要采用拉格朗日方法。
拉格朗日方法则选择一类代表性粒子(或液滴、气泡)的轨迹,并得到这些粒子的位置、速度和加速度等参数,再利用统计学方法推导出流场的宏观性质。
它的主要问题是计算代价较大,在大规模气液两相流模拟中会遇到实际的难点和困难。
三、应用实例气液两相流的应用实例主要集中在以下几个方面:1. 混合气气动特性的研究在飞行器、火箭等领域中,气液两相流的复杂性和多变性表现为物体的气动特性的变化,主要是由于流体的惯性和相互作用之间的复杂关系。
2. 溢流油井泄漏在石油生产过程中,由于机械故障或人为操作不当等原因,可能导致油井中的压力失控,引起油气、水等溢出,形成泄漏。