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金属液滴在磁场中运动或撞击液膜的数值模拟研究

批准号:
12102067
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
吴爽
依托单位:
学科分类:
多相流、渗流与非牛顿流体力学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴爽

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
液滴的运动和撞击液膜现象一直以来都是流体力学界研究的热点。在工业应用中,液滴下落过程中的运动速度,形态变化及其破碎等等方面往往吸引研究者的广泛关注。而对于液滴撞击液膜的现象,其射流的形态变化、二次液滴的形成及其机理也一直是研究的重点与难点。另外在托克马克装置中,这对于液态偏滤器的工作和运行会产生何种影响的机理需要深入研究。本项目旨在利用直接数值模拟方法研究液滴在磁场中运动及其撞击液池过程中液滴的下落速度、界面变化,耦合考虑Reynolds数(Re)、Weber数(We)等因素,深入揭示液滴初始参数对液滴形变、撞击射流的作用机理。采用自适应网格技术精准捕捉界面和流场的细致结构,深入解释内部流动对液滴及其射流形状演化的影响。在此基础上,进一步研究磁场方向,非均匀磁场等不同情况下,液滴及溅射流的界面形态学变化及其机理,为工业应用提供理论支持。
英文摘要
The translation of the drop or the drop impacting onto a pool is always the focus in the fluid mechanics field. In ngineering applications, the falling velocity, morphology and disintegration during the translating and falling of the droplet are fascinating for researchers, while the shape evolutions, the secondary droplet formation and their mechanisms are crucial and difficult points in sight. Moreover, in the Tokomak fusion device, this kind of process is critical for researchers to study the mechanism for proper opperation of the liquid divertor device. Through performing direct numerical simulations, the present research aims to investigate the falling velocity, the interface evolution when the drop is falling, while considering effects of Reynolds number and Weber number. Fundamental interaction mechanism of drop shape evolution and ejecta morphology will be revealed for the initial parameters set for the drop. By implementing adaptive mesh refinement technique to capture the critical structure of the interface and flow field, effects of internal flow on the drop and its jet evolvement will be deeply explained. Furthermore, we will further investigate the influence of the direction of the magnetic field, non-uniform magnetic field for the morphology of the drop and its ejecta, providing theoretical supports for industrial applications.
以金属液滴在磁场作用下的运动及撞击液池等现象为研究背景,旨在深入探究其中蕴含的物理机制,主要研究内容包含三个关键方面:一是针对金属液滴穿过梯度磁场的过程,细致剖析影响液滴下落的多种因素,深入探究其运动轨迹、尾涡及能量变化情况;二是聚焦竖直磁场作用下液滴撞击液池现象,分析不同条件下的脱涡现象,并区分一次射流与二次射流的形成机制;三是围绕水平磁场作用下液滴撞击液池展开,着重研究由此产生的各向异性效应及背后的原因。在重要结果与关键数据方面,取得了诸多成果:金属液滴穿过梯度磁场时,明确了液滴变形和内部流场对其运动的关键作用,磁场梯度方向、强度等因素会对液滴形状、下落速度等产生显著影响;竖直磁场作用下,依据雷诺数和韦伯数划分出无涡旋脱落、主涡旋脱落和卡门涡旋街三类撞击现象,且发现磁场和表面张力对飞溅等有不同影响;水平磁场作用下,证实会降低临界韦伯数、形成非对称冠,数值模拟与实验现象高度相符。这些研究深入揭示了液滴在非均匀磁场中的复杂物理现象及内在机制,完善了磁流体动力学相关理论,纠正了部分传统假设,为预测液滴在磁场中的运动提供依据,同时展现了多物理场耦合关系,有力地促进了多学科交叉研究。
磁化荷电液滴除尘器开发及碰撞浸润粉尘数值仿真研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2026
  • 负责人:
    吴爽
  • 依托单位:
国内基金
海外基金