王宁宁,刘海湖,张楚华

(西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安)



液桥重开过程的两相格子Boltzmann模型及计算

王宁宁,刘海湖,张楚华

(西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安)

根据最近提出并发展的相场格子Boltzmann方法,建立了阻塞气道重开过程的不混溶两相流动模型和计算方法。基于自由能理论、引入指示函数对两相流体界面进行描述,指示函数的演化遵循Cahn-Hilliard方程,具有坚实的物理基础;通过压力分布函数对流场信息进行求解,可有效降低密度梯度离散所诱发的数值不稳定性;引入势能形式的界面张力项,与压力形式的相比可有效抑制界面处的假拟速度。应用该模型对液桥重开的两相流动过程进行了数值研究,并着重分析了毛细数对阻塞液桥演化过程的影响,结果表明,阻塞液桥的轴向厚度变化存在临界毛细数现象,当毛细数大于临界值时,阻塞液桥的轴向厚度随时间逐渐减小,最终发生破裂,实现气道的重开;利用该模型重现了无液滴和有液滴形成的两种气道重开现象,对比研究发现,在无液滴形成的气道重开过程中,壁面经历的压力变化更大。研究工作可为深入认识人体肺气道的生理病理机制、微通道内不混溶两相流体的流动规律提供一定的理论依据。

格子Boltzmann方法;两相流动;微通道;界面张力;液桥重开

航天医学工程领域中,太空失重条件下人体肺呼吸道阻塞与重开现象的重新分配是引起航天员心肺功能异常、血气功能交换障碍的主要原因,相关生理病理机制吸引了很多学者的关注[1]。……