三维液滴冲击液面模拟：解析复杂界面动力学

"液滴自由下落与液面冲击过程的三维数值模拟，蒋昌波，邓斌，隆院男，陈杰" 这篇论文是关于液滴自由下落与液面冲击过程的三维数值模拟研究，由蒋昌波、邓斌、隆院男和陈杰共同完成，并标注为"首发论文"。研究主要关注的是液滴在自由下落过程中与液面碰撞时所引发的复杂液-气两相流动现象，如液体飞溅、融合以及跃动等界面变形问题。这些问题在流体力学、水文学、航空航天工程等领域具有重要的理论和实际意义。 研究基于三维非稳态的Navier-Stokes方程，这是一种描述流体运动的基本方程，涵盖了流体的动力学行为。为了进行数值模拟，研究者采用了有限体积法，这是一种常用于解决偏微分方程的数值计算方法，它可以保证守恒性，适合处理复杂的几何形状和边界条件。此外，他们还运用了高分辨率的STACS（Sharp and Thoroughly Adaptive Cartesian Scheme）格式，这是一种提高计算精度的方法，可以更好地捕捉流动中的陡峭波前。同时，VOF（Volume of Fluid）方法被用来追踪自由表面的变化，这是一种处理多相流的有效手段，能够精确地描述液-气界面的演化。连续表面张力模型（Continuous Surface Tension Model，CSF）则用于模拟表面张力作用，它能够在计算中考虑流体表面张力的影响，这是液滴形态变化和液面动态的重要因素。 在验证模型的可行性后，研究人员对液滴自由下落与液面冲击过程进行了数值模拟。通过模拟，他们成功地再现了液滴撞击、变形、反弹、空腔形成以及水柱跃起等一系列水体运动过程，同时也揭示了水动力的作用机制。数值结果证明，该模型对于描述三维气液复杂界面流的问题具有较高的精度，可以为相关领域的研究提供有力工具。 关键词包括：液滴、气液两相流、VOF方法和高分辨率，这表明论文主要探讨了涉及这些关键词的流体力学问题。中图分类号则将其归入P731.22（流体力学-水动力学）和TV13915（水利工程-水力学）领域，显示了该研究的学科定位。 这篇论文通过先进的数值模拟技术，深入探究了液滴与液面冲击过程中的物理现象，对于理解和预测此类复杂流动有重要的理论价值，同时也为实际工程应用提供了理论支持。