田　辉，房　媛，王文成 ，邹克武，叶阳辉

(1.承德石油高等专科学校 机械工程系，承德　067000；2.承德石油高等专科学校 学生处，承德　067000；3.西安交通大学 能源与动力工程学院，西安　710049)



基于Level Set方法的水中气泡上升过程数值模拟

田辉1，房媛2，王文成1，邹克武1，叶阳辉3

(1.承德石油高等专科学校 机械工程系，承德067000；2.承德石油高等专科学校 学生处，承德067000；3.西安交通大学 能源与动力工程学院，西安710049)

摘要：基于Level Set方法发展了一种高分辨率的求解气液相界面迁移特性的数值方法。通过三步Runge-Kutta Crank-Nicholson投影方法求解流场，Level Set方法捕捉气液交界面位置。在验证算法的捕捉性能的基础上，研究了气泡在水中上升过程的变形以及运动特性。分析结果显示气泡上升过程中的变形是气泡顶部/底部压差、两侧涡及表面张力综合作用的结果；气泡在接近壁面时由于两侧不对称涡及壁面排挤作用的影响，上升过程不断向中心区域靠近并伴随有逆时针旋转；气泡初始位置距壁面越近，壁面的影响越显著。

关键词：Level Set;投影法;Zalesak问题;气泡上升

气泡运动大量存在于能源、动力、石化、航空航天等各个领域，气液相界面迁移对流体系统的宏观流动、传热及传质特性有着显著的影响。掌握气泡的运动规律和变形机理，可为设计高效节能并可以持续稳定运行的两相流设备提供理论依据[1]。为此国内外学者发展了各种数值模拟方法用于研究多相流相界面迁移特性，如当前被普遍应用的：Front Tracking Method[2]、VOF[3]、Level Set[4]等系列算法。

Front Tracking Method通过拉格朗日思想跟踪表征界面位置的虚拟标记粒子来获取相界面的运动规律。……