基于VOF方法的可调参数对气泡聚并过程计算精度与成本的影响

摘要

气泡聚并通过改变气液两相间界面面积,影响相间的传热和传质,而聚并时间和液膜厚度是描述2个气泡聚并过程的重要物理参数。采用流体体积(VOF)方法对气泡聚并过程进行数值模拟时,合理设置计算流程中可调参数(例如网格尺寸、最大库朗数以及方程循环次数等),有助于提高求解过程的收敛性、节省计算时间。因此,本文基于OpenFOAM开源软件,采用VOF方法与自适应网格相结合的方法,以同轴两气泡聚并过程为例,探究最大库朗数Co_(max)、相方程循环次数nα和控制方程循环次数n_(pimple)这3个参数对气泡聚并过程数值模拟的计算量与计算精度的影响,同时,得到气泡间液膜厚度在可调参数不同取值时随时间的变化规律。研究结果表明:气泡间液膜的变薄速度与最大库朗数Co_(max)成反比,与相方程循环次数nα和控制方程循环次数n_(pimple)成正比,这主要是由于减小最大库朗数Co_(max)以及增大相方程循环次数nα和控制方程循环次数n_(pimple)提高了计算精度,改善了流体在网格单元上移动滞后的现象,加快了两气泡聚并以及液膜减薄过程;综合考虑计算精度与计算成本,得到了基于VOF方法的气泡聚并数值模拟较优的可调参数组合,即(Co_(max),nα,n_(pimple))=(0.05,3,8)。