基于Level Set方法的水中气泡上升过程数值模拟  

Numerical Simulation of Bubble Rising in Water Based on Level Set Method

作　　者：田辉[1] 房媛[2] 王文成[1] 邹克武[1] 叶阳辉[3] 

机构地区：[1]承德石油高等专科学校机械工程系,承德067000 [2]承德石油高等专科学校学生处,承德067000 [3]西安交通大学能源与动力工程学院,西安710049

出　　处：《承德石油高等专科学校学报》2016年第2期28-32,共5页Journal of Chengde Petroleum College

基　　金：国家自然科学基金资助项目(两相非定常空化空泡时空演化机理及其对高效离心泵水动力性能影响的研究):51076126

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RungeKutta Crank-Nicholson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。Based on level set method,a high resolution numerical method was developed to study the migration characteristics of gas-liquid interface. Three step Runge-Kutta Crank-Nicholson projection method was used to solve the Navier-Stokes equations. Level set method was applied to capturing the phase interface between air and water. Zalesak＇s problem was solved to validate the numerical method. The numerical results of bubble rising in water show that the deformation of bubble during the rising process is subject to（ 1） the pressure difference between the top and bottom of bubble,（ 2） the vortex,and（ 3） surface tension. When close to the wall,due to the wall repulsion and the asymmetric vortex,the deformed bubble moves to the centerline with clockwise rotation. The closer to the wall,the wall effect on the bubble will be more significant.

关 键 词：LEVEL SET 投影法 Zalesak问题 气泡上升 

分 类 号：O359[理学—流体力学]