基于LBM方法的气液固三相流的数值模拟

摘要

气液固三相流，即气体、液体和固体三种不同相态的物质的混合并互相影响的流动。在很多工程问题或生活现象以及自然界的流动，都涉及到多种相态的物质混合流动。一般来说，我们称这种流动为多相流，而气液固三相流就属于多相流中的一种流动，也是最复杂的一种流动。在许多工业、科学领域内，三相流的发生以及研究对很多流体机械生产和生命活动有着重要的科学意义和广泛的应用前景。但是三相流动涉及到移动接触线、流固耦合、复杂外形边界和不同湿润边界条件等因素，使得相应的数值模拟颇有难度，亟待在相关方面的研究突破。
　　格子Boltzmann方法是近些年兴起的一种基于介观分子碰撞理论的一种数值模拟方法。由于其方法具有相对高的精度以及良好的并行性，逐渐成为国际研究热点之一。相比传统计算流体力学方法，格子Boltzmann方法除了在模拟两相流动中具有精简的控制方程，易于实施的边界条件外，还表现出在捕捉界面的过程中的自动化和简单化。本文基于格子Boltzmann方法，采用Z-S-C两相流模型模拟了典型的两相流液滴飞溅模型，并且施加质量守恒修正过程，通过与传统结果对比，验证Z-S-C模型在两相流的可行性，并通过水平壁面液滴铺展的接触角变化过程来验证湿润性边界添加的正确性，进一步探究曲面边界的湿润性边界的实施方法。最后将Z-S-C模型与浸没边界法结合，模拟小球入水的气液固三相流动。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2数值模拟方法与格子玻尔兹曼方法

1.3 流固耦合概述

1.4 本文主要内容与结构安排

第2章 格子玻尔兹曼方法的基本理论

2.1 Boltzmann方程及Boltzmann-BGK方程

2.2 基本格子Boltzmann模型

2.3 边界处理方法

2.4 LBM计算流程

2.5 本章小结

第3章 Z-S-C模型及其改进

3.1多相流格子Boltzmann模型

3.1.2伪势模型

3.2 Z-S-C模型

3.3模型的改进

3.4 本章小结

第4章 浸没边界法及质量守恒修正

4.1 浸没边界法

4.2几种改进的浸没边界法

4.3 质量守恒修正

4.4 本章小结

第5章 数值算例验证及分析

5.1液滴飞溅的数值模拟

5.2非平衡态分布函数IBM验证

5.3 本章小结

第6章 具有浸润性的流固耦合

6.1固液界面湿润性

6.2液滴壁面铺展数值模拟

6.3圆柱表面的接触线研究

6.4圆柱置于液面中的数值模拟

6.5圆球冲击液面的数值模拟

6.6 本章小结

第7章 总结与展望

总结

展望

参考文献

致谢