磁场作用下液-气自由界面动态行为的两种数值处理方法

来源 :中国力学大会2011暨钱学森诞辰100周年纪念大会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:blackfairy
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  本文结合两个简单例子,介绍了在磁场作用下液-气两相自由界面动态行为数值模拟方面开展的初步工作。第一个方面,基于水平集方法(Level Set Method )建立了一个二维数学模型,计算了初始形状为圆形的单个气泡,在浮力作用下从金属液中某一深度处释放后,上浮过程中气泡的变形、破碎等动态行为。垂直于这一二维平面施加一个静磁场,发现磁场对金属液的制动效应减小了气泡的变形程度,降低了气泡的上浮速度,起到了控制气泡上浮行为的作用。第二个方面,基于ALE (Arbitrary Lagrangian-Eulerian )方法,研究了单个金属液滴在低频交变电磁场作用下,金属液自由界面的动态振动及其稳定性行为。其物理过程为,在X-Y平面内一个初始形状为圆形的金属液滴,当在Z方向施加一个大小处处相等的低频交变磁场时,在变化的电磁感应Lorentz力和表面张力的共同作用下,金属液滴的自由界面变形、振荡,表现出十分复杂的动态行为。为了处理界面形状变化时的动态表面张力,推导了基于N-S方程弱解形式的自由界面边界条件。数值模拟结果表明,在电磁场频率和磁感应强度这一参数空间内,金属液滴存在参数不稳定行为。在特定磁场频率下,当磁感应强度超过某一临界值,在金属液滴中会激发不同模式的类多边形振动行为。通过数值模拟的结果给出了从模式2到模式7的稳定性图,分析表明这一稳定性结构具有Mathieu参数不稳定的典型特征。
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