韦志龙 蒋 勤

(河海大学港口海岸与近海工程学院,南京 210024)

引言

二相流是自然界中常见的流体运动形式.其中,水气二相流与水利工程、海岸工程和海洋工程等实际工程问题密切相关.水气二相流因具有界面变形复杂、密度差大和紊动强烈等特点,需要较高的界面追踪和控制方程对流项的数值求解精度,是计算流体力学的难点和热点问题.相关研究结果表明,当流体速度低于0.3 倍的声速时,流体运动可视为不可压缩流进行处理[1].因此,在对开敞水域的自由表面流工程问题进行数值模拟分析时,为简化模型,一般情况下可以忽略空气的可压缩性,将其视为不可压缩流体.据此,本研究的水气二相流的模型亦采用水和空气的不可压缩假定.

如上所述,水气二相流中界面两侧的介质密度相差较大,而密度的微小变动将会引起界面两侧压强的剧烈变化;此外,水气二相流还具有紊动剧烈的特点;这些均要求所选取的对流项的求解方法在具有较高的精度的同时,能够很好地处理变量的突变问题.加权基本无震荡(weighted essentially nonoscillatory,WENO)格式[2]根据变量变化曲线的光滑程度选取加权值.对于2r−1 阶WENO 格式,在曲线光滑段具有2r−1 阶精度,在间断点处退化为基本无震荡(essentially non-oscillatory,ENO)格式[3],并保持基本无震荡特性,被广泛用于实际工程中流体运动问题,特别是空气动力学问题的数值模拟[4-6].相对而言,WENO 格式在水气二相流中的应用成果较少.鉴于其高精度、自适应、标准化等特点,本……