三维气泡群动力特性：VOF模拟的碰撞融合与流场扰动

本文主要探讨了"气泡群动力特性模拟分析"这一主题，发表于2010年3月的《河海大学学报(自然科学版)》第38卷第2期。作者张淑君和吴锤结利用VOF（Volume-of-Fluid）方法中的PUC（Piecewise Linear Interface Calculation）界面重构技术，深入研究了三维气泡群在上升过程中的动力学特性，特别是在高雷诺数情况下，大量气泡的上升行为。 研究重点集中在以下几个方面： 1. 动力学特性：气泡群在上升过程中，气泡分布随着随机碰撞和融合的发生，经历了一个从规则排列到扇形分布再到随机分布的过程。这个过程中，动力学行为呈现出动态变化。 2. 上升速度与速度脉动：通过数值模拟，研究了单个气泡和气泡群的上升速度，以及速度脉动对整体运动的影响。与早期一维研究相比，三维模拟更为细致，考虑到了气泡群对流场的三维扰动。 3. 气泡融合与周围流场扰动：在大雷诺数条件下，气泡的融合过程表现为整体行为，这导致了周围流场的显著振荡，特别是气泡群中心区域受到的扰动明显高于流体边缘。 4. 应用背景：气泡群运动的研究对于环境工程、水利工程和航运工程等领域具有实际意义，比如污水处理厂的曝气工艺、河道水环境管理和水源地水质改善等都与气泡群的行为密切相关。 5. 方法局限性：早期的研究通常忽视了气泡尾部游涡的影响和气泡间的相互作用，这些因素在更精细的模拟中必须考虑，尤其是在高粒子浓度情况下。 这篇文章通过对三维气泡群动力特性的详细模拟，提供了深入理解气泡群行为的新视角，并为相关领域的工程实践提供了有价值的参考依据。