基于Level Set方法的水中气泡上升过程数值模拟

摘要

基于Level Set方法发展了一种高分辨率的求解气液相界面迁移特性的数值方法.通过三步Runge-Kutta Crank-Nieholson投影方法求解流场,Level Set方法捕捉气液交界面位置.在验证算法的捕捉性能的基础上,研究了气泡在水中上升过程的变形以及运动特性.分析结果显示气泡上升过程中的变形是气泡顶部/底部压差、两侧涡及表面张力综合作用的结果;气泡在接近壁面时由于两侧不对称涡及壁面排挤作用的影响,上升过程不断向中心区域靠近并伴随有逆时针旋转;气泡初始位置距壁面越近,壁面的影响越显著.