镜像流体法在非牛顿流体颗粒沉降与绕流模拟中的应用

"该文章是2005年发表在《南京工业大学学报》的一篇自然科学论文，主要介绍了镜像流体法在模拟单颗粒沉降和非牛顿流体绕过凸起物流动中的应用。作者团队提出了新的计算流体力学方法——镜像流体法，该方法通过设定固体区域内的流场参数来隐含满足相界面边界条件，使得固液两相的运动能够在固定的欧拉坐标系内求解，避免了复杂网格的使用。文中使用SIMPLE算法和控制容积法对控制微分方程进行离散处理。他们通过数值模拟研究了球形颗粒的自由沉降，以及幂律流体、Carreau-Bird流体和Oldroyd-B流体在二维圆管中绕过不同形状（半圆环、三角形和梯形）凸起物的流动情况，模拟结果与实验数据和已有计算结果吻合良好，验证了所提算法的可靠性。" 本文探讨的是计算流体力学领域的一个创新方法，即镜像流体法，它在处理固液两相流动问题时提供了一种有效途径。传统方法通常需要处理复杂的流-固界面边界条件，这可能涉及到有限元、贴体坐标等技术，但这些方法在三维问题上存在挑战。相比之下，镜像流体法简化了这一过程，允许在欧拉坐标系内直接求解，无需网格重构，从而提高了计算效率。 在具体应用方面，文章通过数值模拟分析了单个球形颗粒在流体中的自由沉降行为，这是许多工程和自然现象中的基本问题。此外，作者还研究了非牛顿流体（如幂律流体、Carreau-Bird流体和Oldroyd-B流体）在二维圆管内绕过不同几何形状的凸起物的流动特性，这些流体模型广泛应用于化工、材料科学等领域。非牛顿流体的流动问题因其复杂性在数值模拟中具有较大挑战，尤其是当Deborah数较大时，数值稳定性是一个关键问题。文章的模拟结果与实验数据相符，表明所提出的镜像流体法在处理这类问题时具有较高的精度和稳定性。 这篇论文对固液两相流动的数值模拟方法进行了重要贡献，为理解和预测工业过程中涉及颗粒和非牛顿流体的流动现象提供了有力工具。这项工作不仅有助于深化我们对流动规律的理解，也为相关工程设计提供了理论支持。