梁宏
- 作品数：7 被引量：24H指数：3
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- 基于相场理论的不可压格子Boltzmann两相流模型及其应用
- <正>本文提出了一类新的基于相场理论的不可压格子Boltzmann模型。与已有的扩散界面模型相比,新模型可以模拟低粘性,有较大密度差流体的流动。新提出的模型利用了两类分布函数:一类分布函数跟踪流体间的相界面。另一分布函数...
- 梁宏施保昌
- 关键词：格子BOLTZMANN模型RAYLEIGH-TAYLOR不稳定性
- 文献传递
- 高雷诺数下非混相Rayleigh-Taylor不稳定性的格子Boltzmann方法模拟被引量：5
- 2020年
- 本文采用相场格子Boltzmann方法研究了竖直微通道内中等Atwoods数流体的单模Rayleigh-Taylor不稳定性问题,系统分析了雷诺数对相界面动力学行为以及扰动在各发展阶段演化规律的影响.数值结果表明高雷诺数条件下,不稳定性界面扰动的增长经历了四个不同的发展阶段,包括线性增长阶段、饱和速度阶段、重加速阶段及混沌混合阶段.在线性增长阶段,我们计算获得的气泡与尖钉振幅符合线性稳定性理论,并且线性增长率随着雷诺数的增加而增大.在第二个阶段,我们观察到气泡与尖钉将以恒定的速度增长,获得的尖钉饱和速度略高于Goncharov经典势能模型的解析解[Phys.Rev.Lett.200288134502],这归因于系统中产生了多个尺度的旋涡,而涡之间的相互作用促进了尖钉的增长.随着横向速度和纵向速度的差异扩大,气泡和尖钉界面演化诱导产生的Kelvin–Helmholtz不稳定性逐渐增强,从而流体混合区域出现许多不同层次的涡结构,加速了气泡与尖钉振幅的演化速度,并在演化后期阶段,导致界面发生多层次卷起、剧烈变形、混沌破裂等行为,最终形成了非常复杂的拓扑结构.此外,我们还统计了演化后期气泡与尖钉的无量纲加速度,发现气泡和尖钉的振幅在后期呈现二次增长规律,其增长率系数分别为0.045与0.233.而在低雷诺条件下,重流体在不稳定性后期以尖钉的形式向下运动而轻流体以气泡的形式向上升起.在整个演化过程中,界面变得足够光滑,气泡与尖钉在后期的演化速度接近于常数,未观察到后期的重加速与混沌混合阶段.
- 胡晓亮梁宏王会利
- 关键词：格子BOLTZMANN方法RAYLEIGH-TAYLOR不稳定性相场方法雷诺数
- 表面张力对高雷诺数Rayleigh-Taylor不稳定性后期增长的影响被引量：1
- 2021年
- 采用多相流的相场格子Boltzmann方法数值研究了微通道内高雷诺数单模Rayleigh-Taylor (RT)不稳定性的后期演化规律,重点分析表面张力对相界面动力学行为以及气泡与尖钉增长的影响.数值实验表明,随着界面张力的增大,可以有效降低演化过程中相界面结构的复杂程度,并抑制不稳定性后期相界面破裂形成离散液滴.另外,增大表面张力可以先促进后抑制气泡振幅的增长,而当表面张力较小时,尖钉振幅增长曲线之间并无明显差别,当表面张力增大到一定值后,它对尖钉振幅的抑制效果可明显地被观察到.进一步,根据不稳定性速度增长曲线,将高雷诺数单模RT不稳定性的演化划分为线性增长、饱和速度增长、重加速、混沌混合四个发展阶段.数值计算获取气泡与尖钉的饱和速度符合包含界面张力效应的势流理论模型.另外还统计了不同表面张力和Atwood数下表征RT不稳定性后期演化的气泡与尖钉增长率,结果显示气泡与尖钉后期增长率随着表面张力的增大总体上呈现出先促进后抑制的规律.最后,从数值计算和理论分析两方面研究了不同Atwood数下RT不稳定性发生的临界表面张力,发现两者结果符合得很好,并且临界表面张力随着流体Atwood数的增大而增大.
- 黄皓伟梁宏徐江荣
- 关键词：RAYLEIGH-TAYLOR不稳定性格子BOLTZMANN方法
- 三相流体的轴对称格子Boltzmann模型及其在Rayleigh-Plateau不稳定性的应用
- 2023年
- 基于多组分相场理论提出了一类模拟三相流体流动的轴对称格子Boltzmann模型.该模型利用两个粒子分布函数来捕捉三种不同流体之间的相界面,另一个粒子分布函数来求解流体动力学方程以获得流场信息.为了刻画坐标变换引起的轴对称效应,巧妙地设计了演化方程中平衡态分布函数和外力项分布函数,从理论上保证本文模型可以正确恢复三相流体系统的宏观控制方程,并且轴对称效应产生的源项中不包含任何复杂的梯度项,从而比现有的轴对称格子Boltzmann模型更加简单高效.首先通过模拟一系列轴对称多相流的基准算例,包括静态的双液滴、液体透镜的扩展和二元流体Rayleigh-Plateau不稳定性,来验证本文模型的有效性与正确性.接下来,利用该模型研究了三相流体的Rayleigh-Plateau不稳定性的增长过程,定量分析了波数和液柱半径比对复合液体线程破裂过程中界面动力学行为、界面破裂时间以及生成子液滴尺寸的影响.可以发现复合的液体线程在波数较大时破裂生成一个复合主液滴和卫星液滴,而在波数较小时可以生成更多数量的卫星液滴,这导致复合主液滴和卫星液滴的尺寸随着波数的增加呈现先增大而后减少的趋势.另外,我们发现内部流体优先于中间流体发生界面破裂,并且流体界面的破裂时间均随着波数的减小而增加.最后发现,增大液柱半径比可以促进内部液体线程的破裂,而延缓中间液体线程发生破裂,并且复合主液滴的尺寸随着液柱半径比的增加而增大,而复合卫星液滴的尺寸对液柱半径比的变化不显著.
- 刘程梁宏
- 关键词：轴对称
- 分叉微通道内液滴动力学行为的格子Boltzmann方法模拟被引量：10
- 2016年
- 本文采用格子Boltzmann方法模拟了液滴在分叉微通道中的迁移过程,主要分析壁面润湿性、毛细数、出口流量比对液滴动力学行为的影响机制.结果表明:当毛细数足够大时,液滴在支通道的迁移行为与壁面润湿性密切相关,对疏水壁面,液滴在主通道发生破裂生成两个子液滴,子液滴完全悬浮在支通道中并流向出口.而对亲水壁面,液滴首先同样破裂成两个子液滴,不同于疏水情形,子液滴紧接着发生二次破裂,导致部分二次子液滴黏附在固体表面上,另一部分流向出口;当毛细数足够小时,液滴则滞留在分叉口处,不发生破裂.最后,还发现通过调节出口流量比可以使液滴发生非对称破裂或者不破裂完全从流速较大的支通道流出.
- 梁宏柴振华施保昌
- 关键词：格子BOLTZMANN方法液滴微通道
- 液滴撞击液膜过程的格子Boltzmann方法模拟被引量：9
- 2016年
- 本文采用格子Boltzmann方法对液滴撞击液膜过程进行了研究,主要考察了雷诺数(Re)、韦伯数(We)、相对液膜厚度(h)以及表面张力(σ)等物理参数对界面运动过程的影响.首先,随着Re数和We数的增加,可以明显观察到液滴撞击液膜过程中形成的皇冠状水花以及卷吸现象;当Re数较大时,液体会发生飞溅,由液体飞溅形成的小液滴则会继续下落,并与液膜再次发生碰撞.其次,当相对液膜厚度较小时,液滴撞击液膜并最终导致液膜断裂;然而随着相对液膜厚度的增大,尽管撞击过程溅起的液体会越来越多,但是液膜并不会发生断裂.再次,随着表面张力的增大,界面变形阻力增大,撞击过程中产生的界面形变也逐渐减弱.最后还发现皇冠(由液滴溅起形成)半径r随时间满足r/(2R)≈α√U t/(2R),这一结果与已有结论是一致的.
- 黄虎洪宁梁宏施保昌柴振华
- 关键词：格子BOLTZMANN方法液滴液膜
- 方管中中性回转扁球颗粒纵横比对平衡位置的影响
- 2022年
- 本文使用多松弛格子Boltzmann方法对方管中中性回转扁球颗粒的惯性迁移进行了数值模拟.研究了不同初始位置、初始朝向和雷诺数Re下,扁球颗粒的纵横比AR对平衡位置的影响.这里考虑了AR=0.5,0.75,1等三种不同的纵横比.与之前研究不同的是,这里调节AR时仅改变回转扁球颗粒的半短轴长度(极轴半径),而半长轴长度(赤道半径)保持不变,因此颗粒的体积和质量会随着AR的增加而增加.在低雷诺数(Re=80)下,受初始位置和初始朝向影响,颗粒存在翻转模态、滚动模态和倾斜滚动等三种运动模态.虽然运动模态不一样,但是不同AR的颗粒在达到稳态后都具有相同的旋转直径.在翻转模态下,AR会影响扁球颗粒的平衡位置,随着AR的增大,颗粒的平衡位置会逐渐靠近管道中心.在倾斜滚动模态下,AR会部分影响颗粒的平衡位置,当AR从0.5变化到0.75,颗粒相应的平衡位置几乎保持不变,而球形颗粒(AR=1)的平衡位置则更靠近管道中心.而在滚动模态下,AR几乎不影响颗粒的平衡位置.此外,我们还发现相同模态下,颗粒的平衡位置在40≤Re≤160范围内会随着Re的增加而向壁面靠近.
- 李洋梁宏夏振华
- 关键词：格子BOLTZMANN方法方管
