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摘要:FLUENT软件提供了 VOF、VOF+LS和 VOF+LS+SPP 3种方法用于电场下气泡动力学行为研究,其中 VOF+LS+SPP方法计算精度最高.为了进一步揭示该方法具有较高计算精度的原因,分别利用这3种方法对均匀电场下气泡的变形问题进行数值模拟研究.结果表明:VOF方法很难获得网格独立的解;VOF+LS方法可以获得网格独立的解,但是气泡界面处的介电常数梯度和电场强度计算不精确,电场力分布均匀性很差,气泡变形计算精度较低,与理论解最大偏差高达62%;VOF+LS+SPP 方法不仅可以获得网格独立的解,而且对气泡界面处介电常数梯度和电场强度的计算非常精确,电场力分布均匀性良好,气泡变形计算精度较高,与理论解最大偏差仅为7%....
摘要:2008年,本文作者和陶文铨等提出了一种用于速度和压力耦合求解的高效稳定压力修正全隐算法IDEAL,该算法通过在每个迭代层次上对压力方程进行两次内迭代计算,完全克服了SIMPLE算法的两个假设,充分满足了速度和压力之间的耦合,从而大大提高了计算的收敛性和健壮性.为了进一步实现IDEAL算法的推广应用,本文基于三维倾斜方腔顶盖驱动流动,研究了IDEAL算法在不同网格扭曲率下的求解特性.研究发现,在不同网格扭曲率下,IDEAL算法的健壮性和收敛性均优于SIMPLE算法,特别在高网格扭曲率情况下,IDEAL算法求解性能更加优于SIMPLE算法.在不同网格扭曲率下,IDEAL算法健壮性保持不变,几乎可以在任意速度亚松弛因子下获得收敛的解,同时IDEAL算法最短计算耗时较SIMPLE算法减少了56%~89%,验证了IDEAL算法的优越性....
[硕士论文] 张奥林
动力工程及工程热物理 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:本文基于自主开发的VOF+LS+SPP方法主要研究了直流电场和交流电场作用下理想介质气泡的运动和形变等动力学行为,以及其对流体换热性能的影响规律。
  首先,为了方便精确的模拟电场下理想介质气泡动力学行为,本文基于商业软件FLUENT首次提出了VOF+LS+SPP方法,该方法采用LS函数计算精确的表面张力和获得光顺的物性参数。最后通过与VOF方法、VOF+LS方法及文献中的其他方法进行分析比较,验证了本方法的精确性,在所研究的算例中,本方法不仅可以获得网格独立的解,而且精确度最高,最大偏差仅为7%。
  其次,利用VOF+LS+SPP方法对重力场和外加均匀直流电场作用下理想介质气泡的动力学行为进行了系统研究。研究表明:电邦德数对气泡动力学行为的影响远远大于介电常数比值的影响;在不同Morton数下,电场对气泡上升和变形的影响规律几乎相同,电场力对气泡雷诺数的提升速率和最大水平横截面的变化率几乎不受Morton数变化的影响;在不同Eotvos数下,电场对气泡上升运动和变形的影响差异较大,随着Eotvos数的增大,电场力对最大水平横截面的变化率影响不断减小,对气泡雷诺数的提升速率影响不断降低。
  最后,利用VOF+LS+SPP方法模拟研究了余弦交流电场作用下附着在壁面上理想介质气泡的动力学行为,并且分析了不同角频率和电压对附着壁面上气泡形变和脱离的影响规律,研究显示:与均匀直流电场相比,余弦交流电场能使气泡在低电势情况下快速脱离壁面;在电压保持不变,随着角频率的增大,开始时气泡的脱离时间不断减小,当角频率超过最优角频率时,气泡的脱离时间会随之增大,但是当角频率高于某一数值时,气泡将附着在壁面上不能脱离;当外加电压不同时,角频率对气泡脱离时间的影响差异较大,随着电压不断增大,气泡可以在更宽的角频率范围和更短的时间内脱离壁面,从而达到强化换热的目的。
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