毛細(xì)管內(nèi)氣泡變形及脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)模擬

王志強(qiáng) 劉志宏 張 瑩 謝博偉

(南昌大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 江西 南昌 330031)

毛細(xì)管內(nèi)氣泡變形及脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)模擬

王志強(qiáng) 劉志宏 張 瑩*謝博偉

(南昌大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 江西 南昌 330031)

運(yùn)用VOF模型結(jié)合CSF模型對(duì)毛細(xì)管內(nèi)氣泡的運(yùn)動(dòng)變形進(jìn)行研究分析。首先對(duì)毛細(xì)管內(nèi)不同氣泡直徑的運(yùn)動(dòng)變形進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，考慮氣泡受粘性力、慣性力和表面張力的作用，計(jì)算得到氣泡經(jīng)歷圓形、彈狀、箭頭狀，直至破裂成氣泡流；然后對(duì)管內(nèi)氣泡運(yùn)動(dòng)時(shí)氣泡破裂進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明不同直徑的氣泡均存在破裂臨界毛細(xì)值；最后對(duì)毛細(xì)管兩邊施加脈動(dòng)載荷，分析脈動(dòng)載荷下氣泡運(yùn)動(dòng)情況，得出隨著脈動(dòng)壓力波的增加，氣泡在管內(nèi)的脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)更加劇烈，氣泡外形也是隨壓力的脈動(dòng)變化發(fā)生周期性變化。

毛細(xì)管 流形變化 氣泡破裂 脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)

0 引 言

毛細(xì)管具有換熱面積大，體積小，傳熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，使其在民用，醫(yī)藥，建筑領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。電腦中的散熱器就是由毛細(xì)管組成，人體的血液循環(huán)系統(tǒng)就是一個(gè)非常龐大且復(fù)雜的毛細(xì)管網(wǎng)系統(tǒng)。毛細(xì)管內(nèi)一般具有復(fù)雜的流體流動(dòng)，并且隨著熱量的交換，毛細(xì)管內(nèi)流動(dòng)往往是伴有相變的兩相流動(dòng)或者是液-液流動(dòng)。

區(qū)別于宏觀的流體流動(dòng)現(xiàn)象，毛細(xì)管的當(dāng)量直徑已經(jīng)發(fā)展到微米級(jí)甚至納米級(jí)，所以宏觀的力學(xué)及傳熱定理不能夠精確地描述其傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象，加上毛細(xì)管內(nèi)的流動(dòng)伴隨著相變的發(fā)生，在很大程度上影響著流體的傳熱傳質(zhì)。

Hetsroni[1]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究加熱毛細(xì)管內(nèi)氣泡生長(zhǎng)的規(guī)律及氣泡形態(tài)的變化。測(cè)量了不同加熱功率和流體流速情況下管內(nèi)的壓力、溫度和速度，利用紅外技術(shù)獲取管內(nèi)溫度分布，獲得了管內(nèi)單相液體，氣液兩相流和單相氣體的流動(dòng)參數(shù)。之后Khandekar等[2]在可視化實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用理論分析不同管道彎頭數(shù)下管內(nèi)流型與OHP 傾斜角度等參數(shù)的關(guān)系，建立了針對(duì)閉式振蕩熱管的數(shù)理模型，能夠較好地描述振蕩熱管內(nèi)的流動(dòng)狀況。但是二者實(shí)驗(yàn)中，沒(méi)有具體分析粘性力、慣性力和表面張力對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

基于前期的實(shí)驗(yàn)研究，任桂香等[3]對(duì)微米級(jí)T形管內(nèi)氣泡的生長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。結(jié)合Matlab 圖像處理軟件和 Fluent 求解器，進(jìn)行了大量的模擬。主要從表面張力、流體粘性、氣液流速、氣液固三相接觸角、毛細(xì)管管徑以及管壁材料物性等方面對(duì)毛細(xì)管內(nèi)氣泡的生長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行了分析，并獲得了其所建模型下氣泡流形成的臨界值(毛細(xì)數(shù)Ca為0.16)，但他們只研究了氣泡的形成和成長(zhǎng)，沒(méi)有涉及到氣泡的最終破裂情況。

DehaoXu[4]和Nandan Saha[5]通過(guò)ANSYS軟件模擬了脈動(dòng)熱管內(nèi)氣泡的生成狀態(tài)，但是沒(méi)有考慮添加于脈動(dòng)有關(guān)的UDF程序。

本文運(yùn)用VOF模型結(jié)合CSF模型對(duì)毛細(xì)管內(nèi)氣泡的運(yùn)動(dòng)變形進(jìn)行了研究分析：首先考慮氣泡受粘性力、慣性力和表面張力的作用對(duì)毛細(xì)管內(nèi)不同氣泡直徑的運(yùn)動(dòng)變形進(jìn)行數(shù)值計(jì)算；然后對(duì)管內(nèi)氣泡運(yùn)動(dòng)時(shí)氣泡破裂進(jìn)行數(shù)值模擬；最后對(duì)毛細(xì)管兩邊施加脈動(dòng)載荷，分析脈動(dòng)載荷下氣泡運(yùn)動(dòng)情況。

1 兩相流數(shù)值模型

1.1 模型的選取

在控制方程的基礎(chǔ)上通過(guò)VOF方法來(lái)描述毛細(xì)管內(nèi)兩相界面的位置和運(yùn)動(dòng)變化，并添加CSF模型，以充分考慮表面張力的作用。模擬結(jié)果可較好地反應(yīng)毛細(xì)管工作時(shí)出現(xiàn)的氣泡聚并及破裂過(guò)程，以及各種復(fù)雜汽、液兩相流型和流型間的相互轉(zhuǎn)化過(guò)程。

CSF模型可表示為：

(1)

其中，σ為表面張力系數(shù)；K為界面曲率。K可表示為：

(2)

(3)

1.2 影響氣泡流動(dòng)的無(wú)量綱數(shù)

本文所討論的毛細(xì)管內(nèi)氣泡及柱塞運(yùn)動(dòng)情況，受到各種物性參數(shù)的影響，需要考慮粘性力、慣性力和表面張力的影響，并且模擬環(huán)境以非重力場(chǎng)為主，本文采用雷諾數(shù)、Eo數(shù)、韋伯?dāng)?shù)和毛細(xì)數(shù)來(lái)分析氣泡及液塞在毛細(xì)管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)變形。

雷諾數(shù)是表征流體粘性力與慣性力在流體流動(dòng)中起到影響效果，表示為：

(4)

Eotvos數(shù)是表征流體慣性力與表面張力在流體流動(dòng)中起到的影響效果，表示為：

(5)

韋伯?dāng)?shù)是表征流體慣性力與表面張力在流體流動(dòng)中起到的影響效果，表示為：

(6)

毛細(xì)數(shù)作為氣泡斷裂界面斷裂的一種判斷參數(shù)，用于表征流體粘性力、表面張力以及慣性力三力共同作用下載流體流動(dòng)中起到的影響效果。表示為：

(7)

2 數(shù)值模擬與分析

2.1 基于VOF模型和CSF模型的兩個(gè)模擬驗(yàn)證

幾何模型為管徑1mm的毛細(xì)圓管，由于圓管為軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，所以選用二維模型進(jìn)行二維模擬即可說(shuō)明問(wèn)題。選用VOF模型，結(jié)合CSF連續(xù)表面張力模型。選用速度入口邊界條件以及壓力出口邊界條件，且出口壓力值設(shè)定為0Pa。壁面為無(wú)滑移邊界條件。氣液界面采用幾何重構(gòu)方案進(jìn)行處理，選用PISO速度壓力耦合求解法進(jìn)行計(jì)算，壓力項(xiàng)采用bodyforceweighted格式，動(dòng)量方程采用二階迎風(fēng)格式。經(jīng)過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)格尺寸為 0.05mm的正方形網(wǎng)格能夠很好地反映界面形態(tài)，所以選擇0.05mm的網(wǎng)格尺寸進(jìn)行計(jì)算。

為驗(yàn)證模擬的準(zhǔn)確性，首先，對(duì)于大空間液池中大氣泡的浮升運(yùn)動(dòng)進(jìn)的描述行了數(shù)值模擬(模擬環(huán)境：Eo=6.99)，并與文獻(xiàn)[6]實(shí)驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)[7]LBM模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，如圖1所示為不同時(shí)刻的氣泡運(yùn)動(dòng)形態(tài)圖，圖中，(a)為本文VOF模擬結(jié)果，(b)為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，(c)為L(zhǎng)BM模擬結(jié)果。如圖所示，氣泡在液體中由于浮力的影響上浮，由最開(kāi)始的球狀轉(zhuǎn)變?yōu)楣跔?，之后轉(zhuǎn)變成傘狀。經(jīng)過(guò)對(duì)比可知，模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合，本文所建立模型可以精確大空間液池中大氣泡上浮時(shí)的運(yùn)動(dòng)變形情況。

圖1 不同時(shí)刻的氣泡運(yùn)動(dòng)形態(tài)

區(qū)別于大空間液池，毛細(xì)管由于特征長(zhǎng)度小，管壁對(duì)氣泡運(yùn)動(dòng)的影響不可忽略。針對(duì)毛細(xì)管內(nèi)不同氣泡直徑下管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)變形進(jìn)行數(shù)值模擬,并與文獻(xiàn)[8]實(shí)驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)[9]LBM模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。如圖2所示，為毛細(xì)管內(nèi)氣泡穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)形態(tài)對(duì)比，圖中，(a)為本文VOF模擬結(jié)果，(b)為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，(c)為L(zhǎng)BM模擬結(jié)果。在狹窄空間內(nèi)，氣泡會(huì)變成彈狀或者柱塞狀。經(jīng)過(guò)對(duì)比可知，本文模型可以精確地描述毛細(xì)管內(nèi)氣泡的運(yùn)動(dòng)變形情況。

圖2 毛細(xì)管內(nèi)氣泡穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)形態(tài)對(duì)比

2.2 毛細(xì)管內(nèi)氣泡破裂變形分析

2.2.1 毛細(xì)管內(nèi)小氣泡運(yùn)動(dòng)變形分析

如圖3所示，當(dāng)We=0.05，Ca=0.002，Re=100時(shí)，氣泡直徑為0.3mm時(shí)，各時(shí)刻毛細(xì)管內(nèi)氣泡外形示意圖。初始時(shí)刻為圓形的氣泡向出口端運(yùn)動(dòng)，氣泡外形由最初的圓形逐漸變形為0.002 5s時(shí)的類(lèi)似半圓形，再到0.00 5s時(shí)的子彈頭形，到0.01s時(shí)變成了箭頭形，之后，隨著流動(dòng)的進(jìn)行，氣泡逐漸拉長(zhǎng)到0.04s時(shí)的長(zhǎng)箭頭形并保持穩(wěn)定的外形，不再發(fā)生明顯的變化。根據(jù)氣泡在毛細(xì)管內(nèi)的位置可見(jiàn)，氣泡在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)基本為勻速運(yùn)動(dòng)。

圖3 各時(shí)刻氣泡運(yùn)動(dòng)變形圖

為研究直徑為0.3mm的氣泡在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)變形，保持Re=100和氣泡直徑不變，對(duì)不同We數(shù)及Ca數(shù)的情況下氣泡在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)變形進(jìn)行了模擬，并得出了各時(shí)刻氣泡的外形，如圖4所示。

圖4 各時(shí)刻氣泡外形圖:氣泡直徑0.3 mm

分別列出了氣泡在0.01、0.03和0.055s時(shí)的界面形狀。隨著We的增大，氣泡外形變化越來(lái)越劇烈，由We=0.005時(shí)的橢圓變到We=0.01時(shí)子彈頭形，再到We=0.05 時(shí)的箭頭形，最后氣泡在We=0.1時(shí)出現(xiàn)氣泡分裂，此時(shí)氣泡的界面張力已經(jīng)小到不能克服粘性力和慣性力的影響，氣泡開(kāi)始破裂成尺寸更加微小的氣泡。

根據(jù)圖示，可以劃分兩個(gè)氣泡變形的臨界值：當(dāng)Ca>0.004時(shí)，此時(shí)氣泡的表面張力太小，氣泡會(huì)破裂成尺寸更小的氣泡；當(dāng)0.000 4

2.2.2 毛細(xì)管內(nèi)大氣泡運(yùn)動(dòng)破裂分析

毛細(xì)管由于管徑尺度較小，所以管內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)大氣泡的運(yùn)動(dòng)，所以針對(duì)管內(nèi)大氣泡的運(yùn)動(dòng)變形非常具有現(xiàn)實(shí)意義。為研究管內(nèi)大氣泡的運(yùn)動(dòng)變形，取氣泡直徑為0.6mm，Re=100，對(duì)不同We數(shù)及Ca數(shù)的情況下氣泡在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)變形進(jìn)行了模擬，并得出了各時(shí)刻氣泡的外形，如圖5所示。由于氣泡尺度的增加，在We=0.01和We=0.02的時(shí)候，氣泡逐漸變形為類(lèi)似子彈頭形狀的塊狀，形成彈狀流，當(dāng)氣泡管徑繼續(xù)增加，管內(nèi)氣相率增大，管內(nèi)將出現(xiàn)柱塞流。

圖5 各時(shí)刻氣泡外形圖：氣泡直徑0.6 mm

跟直徑為0.3mm的小氣泡類(lèi)似，毛細(xì)管內(nèi)大氣泡的運(yùn)動(dòng)變形也具有氣泡破裂臨界值，但是由于氣相率的增加，管內(nèi)呈現(xiàn)出了不一樣的流型。當(dāng)Ca>0.000 66時(shí)，此時(shí)氣泡的表面張力太小，管內(nèi)形成的氣彈會(huì)破裂成尺寸更小的氣泡，形成泡狀流；當(dāng)Ca<0.000 66時(shí)，氣泡會(huì)隨著We的增加，變形越來(lái)越劇烈，但不會(huì)出現(xiàn)氣泡破裂現(xiàn)象?？梢?jiàn)， 在Re=100，氣泡直徑為0.6mm時(shí)，Ca=6.6×10-4是氣泡破裂臨界值。

2.2.3 氣泡直徑對(duì)毛細(xì)管內(nèi)氣泡破裂臨界值的影響

為研究氣泡直徑對(duì)毛細(xì)管內(nèi)氣泡運(yùn)動(dòng)變形的影響，在毛細(xì)管內(nèi)，保持Ca=2×10-3不變，分別對(duì)氣泡直徑為0.3、0.4、0.5和0.6mm的情況進(jìn)行了模型，得出了各時(shí)刻氣泡的外形，如圖6所示。在Ca數(shù)不變的情況下，隨著氣泡直徑的增加，氣泡由最開(kāi)始不破裂，到破裂程度逐漸遞增。初始直徑為0.3mm直徑的氣泡，運(yùn)動(dòng)到穩(wěn)定狀態(tài)不會(huì)發(fā)生破裂，外形類(lèi)似為箭頭形；而初始直徑0.6mm的大氣泡，運(yùn)動(dòng)初期就會(huì)發(fā)生破裂，隨著流動(dòng)的進(jìn)行，破裂成多個(gè)小氣泡，形成了泡狀流。

圖6 不同直徑氣泡各時(shí)刻外形圖：Ca=2×10-3

對(duì)不同的氣泡直徑在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)變形進(jìn)行了模擬計(jì)算，得出不同氣泡直徑時(shí)，氣泡的破裂臨界值Ca，如圖7所示。隨著氣泡直徑的增大，氣泡的破裂臨界值Ca逐漸減小，可見(jiàn)，在毛細(xì)管中，大氣泡更難保持穩(wěn)定的形態(tài)，容易破裂成小氣泡。

圖7 不同直徑氣泡的破裂臨界值曲線圖圓管內(nèi)層流流動(dòng)的速度分布規(guī)律

(8)

在管中央，層流的切應(yīng)力最小，切應(yīng)力的大小與偏離管子中心的距離是線性上升的關(guān)系。可見(jiàn)，氣泡越大，其所在范圍的切應(yīng)力也就越大，促使氣泡更容易分裂成小氣泡。所以，大氣泡更容易分裂的原因是由于管壁處的大粘性力導(dǎo)致的。

2.3 毛細(xì)管內(nèi)氣泡脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)分析

2.3.1 脈動(dòng)壓力載荷及UDF編寫(xiě)

在毛細(xì)管兩端施加脈動(dòng)壓力載荷，創(chuàng)造出熱管中的脈動(dòng)壓力驅(qū)動(dòng)流的環(huán)境，分析毛細(xì)管中的氣泡在脈動(dòng)壓力載荷下的運(yùn)動(dòng)變形情況。為簡(jiǎn)化模型，對(duì)毛細(xì)管兩端施加正弦脈動(dòng)壓力載荷，兩端脈動(dòng)壓力波的相位角為π，具體如公式所示：

(9)

(10)

其中，A為振幅，T為脈動(dòng)周期，t為流動(dòng)時(shí)間。所以施加脈動(dòng)壓力載荷后，毛細(xì)管兩端壓差為：

(11)

在FLUENT求解器邊界條件設(shè)置中，只能設(shè)置邊界壓力載荷為定常值，而不能設(shè)定隨時(shí)間變化的脈動(dòng)值。所以，為施加脈動(dòng)壓力載荷，需借助用戶自定義函數(shù)模塊UDF。編輯的UDF代碼，可以用來(lái)作為解釋函數(shù)，也可以用來(lái)作為編譯函數(shù)。

使用UDF模塊，定制邊界條件，能夠達(dá)到在毛細(xì)管兩端施加脈動(dòng)壓力載荷的要求。運(yùn)用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序包，編寫(xiě)毛細(xì)管入口處脈動(dòng)壓力載荷UDF函數(shù)，其中設(shè)置脈動(dòng)頻率為31.4，即脈動(dòng)周期為0.2s，壓力值的單位選用Pa。

2.3.2 模擬結(jié)果分析

如圖8所示，氣泡在毛細(xì)管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)到0.25T(0.25個(gè)脈動(dòng)周期)時(shí)，氣泡變形程度達(dá)到最大值，大致為指向出口端的箭頭方向；此后，管子兩端壓差開(kāi)始下降，管內(nèi)流體速度開(kāi)始減小，氣泡外形又逐漸恢復(fù)到圓形，在0.5T時(shí)，氣泡速度減小為0，受壓力差的影響開(kāi)始往反方向運(yùn)動(dòng)；外形變化也開(kāi)始呈現(xiàn)倒置現(xiàn)象，變?yōu)橹赶蛉肟诙丝诙说募^方向，在到達(dá)0.75T時(shí)，氣泡外形與0.25T時(shí)的變形程度一樣；到單個(gè)周期結(jié)束，氣泡回到初始位置，速度變?yōu)榱?，外形基本為圓形。如此，在脈動(dòng)壓力驅(qū)動(dòng)下做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

圖8 一個(gè)脈動(dòng)周期內(nèi)氣泡在毛細(xì)管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)變形圖

圖9展示了在不同脈動(dòng)壓力振幅下，氣泡在管內(nèi)的瞬時(shí)位置及外形圖。由圖可知，隨著脈動(dòng)壓力波強(qiáng)度的加大，氣泡在管內(nèi)的變形程度加大，逐漸向彈狀轉(zhuǎn)變。

圖9 不同脈動(dòng)壓力振幅下氣泡在管內(nèi)的瞬時(shí)位置及外形圖

圖10為不同脈動(dòng)壓力振幅下，氣泡中心的速度變化示意圖。由圖可見(jiàn)，氣泡在管內(nèi)的速度也呈現(xiàn)為正弦變化，且隨著脈動(dòng)壓力振幅的加大，氣泡速度的脈動(dòng)也更加劇烈。

圖10 不同脈動(dòng)壓力振幅下氣泡中心的速度變化曲線圖

圖11為氣泡脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)的振幅隨脈動(dòng)壓力振幅的變化曲線，由圖可知，脈動(dòng)壓力強(qiáng)度的增加直接導(dǎo)致氣泡脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)更加劇烈。

圖11 氣泡運(yùn)動(dòng)振幅隨脈動(dòng)壓力振幅的變化曲線

可見(jiàn)，隨著脈動(dòng)壓力波的增加，氣泡在管內(nèi)的脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)更加劇烈。雖然在一定壓力值范圍內(nèi)，管內(nèi)流體依然保持為層流流動(dòng)，但是流動(dòng)的紊亂程度更大，流體流動(dòng)的穩(wěn)定性減小，更易導(dǎo)致相變及傳熱的加?。黄浯?兩相流動(dòng)與單向流動(dòng)相比，由于界面的存在，其流動(dòng)特性表現(xiàn)出極大的區(qū)別，兩相之間的相間力會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的界面擾動(dòng),甚至造成復(fù)雜多變的流型變化，由此而形成兩相流動(dòng)本身固有的波動(dòng)性,形成界面波。

毛細(xì)管正是在這種熱傳導(dǎo)產(chǎn)生的壓力脈沖作用下，自激式地產(chǎn)生流體流動(dòng)脈動(dòng)和界面波的加劇，導(dǎo)致其表現(xiàn)出相變的加劇和傳熱的優(yōu)良性。

3 結(jié) 語(yǔ)

運(yùn)用VOF模型對(duì)毛細(xì)管內(nèi)氣泡的運(yùn)動(dòng)變形進(jìn)行了研究分析，結(jié)果表明：

(1) 在毛細(xì)管內(nèi)，氣泡受粘性力、慣性力和表面張力作用，表現(xiàn)出復(fù)雜多變的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，主要經(jīng)歷圓形、彈狀、箭頭狀，直至破裂成氣泡流的一個(gè)過(guò)程。

(2) 在毛細(xì)管內(nèi)，氣泡均存在一個(gè)破裂臨界毛細(xì)值，在Re=100,1mm管內(nèi)氣泡直徑為0.6mm的氣泡破裂臨界毛細(xì)值Ca=6.6×10-4，而氣泡直徑為0.3mm的氣泡破裂臨界毛細(xì)值Ca=4×10-3。在毛細(xì)管內(nèi)，隨著氣泡直徑的增加，其破裂臨界毛細(xì)值增加，這是由于在毛細(xì)管內(nèi)流體切應(yīng)力梯度比較大造成。

(3) 在施加脈動(dòng)壓力載荷的毛細(xì)管內(nèi)，隨著脈動(dòng)壓力波的增加，氣泡在管內(nèi)的脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)更加劇烈。這種壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的流體流動(dòng)脈動(dòng)和界面波的加劇增加了流動(dòng)的紊亂程度，更易導(dǎo)致相變的產(chǎn)生及傳熱的加劇。氣泡的外形也是隨壓力的脈動(dòng)變化發(fā)生周期性變形。

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SIMULATION OF BUBBLE DEFORMATION AND PULSATINGMOVEMENT IN CAPILLARY

Wang Zhiqiang Liu Zhihong Zhang Ying*Xie Bowei

(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering,NanchangUniversity,Nanchang330031,Jiangxi,China)

The movement and deformation of the bubbles in capillary are analyzed by VOF model combined with CSF model. Taking viscous force, inertial force and surface tension effect into consideration, we proceed numerical calculations of the deformation of different bubbles’ diameters in capillary and achieve the result that bubbles break into a bubble flow through the form of circle, bullet shape and arrow shape. Then, we proceed a numerical simulation when the bubbles in capillary burst while moving. The result shows that there all exist a critical value of capillary rupture. Finally, we apply a pulsating load on both sides of the capillary and analyze the situation of bubble movement under pulsating load. We achieve that pulsating movement of bubbles in capillary comes to be more vigorous with the increasing pulsating pressure wave, and the bubble’s shape also changes periodically with the pulsating of pressure.

Capillary Manifold evolution Bubble breakup Pulsating movement

2016-03-21。國(guó)家自然科學(xué)

11562011)；江西省自然科學(xué)

基金項(xiàng)目(20151BAB202002)。王志強(qiáng)，碩士生，主研領(lǐng)域：動(dòng)力工程及工程熱物理。劉志宏，本科。張瑩，教授。謝博偉，碩士生。

TP31

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2017.03.009