感受性问题以及射流二次破碎界面问题并行数值模拟

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本文做了两方面的工作:一是感受性问题;二是对二次破碎界面问题采用Level-Set方法进行了并行数值模拟和分析.感受性问题研究的是流体系统在外部扰动环境下的响应,本文做了综述.并采用渐近分析方法,建立周期压力驱动管壁存在几何不规则时圆管Poiseuille流的感受性问题模型.建立问题的双正交系统,并应用Chebyshev配点法对模型问题进行数值求解.分析可以知道,在流场的不同发展阶段是由不同的模态起主导作用,所获得的流场具有Leite(1959)在试验中观察到的扰动流场在不同位置的非相似特性.在采用Level-Set方法对射流二次破碎问题界面进行捕捉过程中,本文试图对Level-Set函数重新初始化的体积守恒方法进行改进,有针对性的设计了固定界面重新初始化方法,获得了比目前广为采用的Sussman,et al.(1996)的体积保持方法更为有效的体积保持效果.本文建立了射流二次破碎问题的不可压缩流动界面数值模型,编制了计算程序,通过采用区域分解策略并应用MPI并行编程语言将之并行化.在高性能计算机(上海大学自强2000高性能并行计算机)对射流二次破碎问题进行数值模拟.在模拟液滴破碎的过程中,本文创造并采用本文7.2.2节中所描述的方法获得满足连续性方程,而且流线不穿越液滴的初始流场分布,并灵活应用移动网格方法,改善了计算对区域的依赖性.对液滴破碎的计算获得了射流二次破碎的三种模式:振荡模式、包状模式、剪切模式以及许多的中间过渡形态,计算表明大的剪切速度和小的表面张力使射流的破碎倾向于剪切模式,当相对运动较强时粘性的作用不明显.密度比对液滴的破碎非常重要,密度比值大使各模式之间转换的参数范围变窄,这些结果与实验的观察结果一致;计算给出了破碎模式的参数变化图,得到了振荡模式,包状模式,剪切模式等的分层分布特性.在相对运动较强时,液滴的破碎模式对对Re<,L>数不敏感,这些结果同实验数据和他人的计算结果相比变化趋势吻合;除了计算ρ<,l>/ρ<,g>=10的情形,本文还计算了ρ<,l>/ρ<,g>=100和ρ<,l>/ρ<,g>=1000的情况.目前,有关于射流二次破碎数值模拟的文献很少,而采用Leve-Set方法进行射流二次破碎数值模拟的还没有见到,而且对密度比超过100射流二次破碎数值模拟文献目前也没有见到,本文的工作是在这些方面工作的一些新的尝试.另外,本文考察了射流雾化问题的工业、实验和理论研究状况,对相关的理论、方法做了比较详尽的阐述,力图对射流雾化问题的来龙去脉有清晰的认识.
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