Моделирование процесса испарения жидкости методом фазого поля и решеточного уравнения Больцмана.
DOI:
https://doi.org/10.26577/JMMCS.2021.v111.i3.09Ключевые слова:
Испарение, фазовый переход, теплопередача, метод фазового поля, метод решеточного уравнения Больцмана, уравнение Кана-ХиллиардаАннотация
В данной статье рассматривается математическое и компьютерное моделирование процесса теплового фазового перехода в потоках двухфазной жидкости. Исследуется процесс пузырькового кипения при наличии постоянного теплового источника на твердой стенке. Учитывается образование пузырьков и фазовый переход. Получены характеристики потока и распределение температуры в процессе пузырькового кипения. Результаты численного исследования получены с помощью использования 2D численного алгоритма, реализуемого на базе D2Q9 модели метода решеточных уравнений Больцмана (LBM) и метода фазового поля. Проведенные расчеты показывают, что сначала образуется зарождение пузырька, затем пузырь растет, отрывается от границы с источником тепла, затем, поднимаясь вверх, претерпевает деформацию под действием сил плавучести. Также численно исследовано влияние силы тяжести и смачиваемости поверхности на диаметр пузырька при всплытии. Полученные результаты имеют хорошее согласование с экспериментальными и численными результатами других авторов.
Библиографические ссылки
[2] Glimm J., Grove J. W., Li X. L. , Shyue K. M., Zhang Q., Zeng Y. Three-dimensional front tracking // SIAM J. Sci.
Comput. —- 1998. – 19. – Pp. 703-727.
[3] Peskin C. S. The immersed boundary method // Acta Num. – 2002. – 11. – Pp. 1-39.
[4] Anderson D. M., McFadden G. B., Wheeler A. A. Diffuse-interface methods in fluid mechanics // Ann. Rev. Fluid Mech. – 1998. – 30. – Pp. 139-165.
[5] Guo Z., Shu C. Lattice Boltzmann method and its applications in engineering // World Scientific. – 2013. – 30. – Pp. 139-165.
[6] Chen S., Doolen G. D. Lattice Boltzmann Method for Fluid Flows // Ann. Rev. Fluid Mech. – 1998. – 30. – Pp. 329-364.
[7] Shan X., Chen H. Lattice Boltzmann model for simulating flows with multiple phases and components // . Phys Rev E. – 1993. – 47. – Pp. 1815-1839.
[8] He X., Chen S., Zhang R. A lattice Boltzmann scheme for incompressible multiphase flow and its application in simulation of Rayleigh-Taylor instability // J Comput Phys. – 1999. – 152. – Pp. 642-663.
[9] Rothman D. H., Keller J.M. Immiscible cellular-automaton fluids // J Stat Phys. – 1988. – 52. – Pp. 1119-1127.
[10] Swift M.R., Osborn W.R., Yeomans J.M. Lattice Boltzmann simulation of nonideal fluids. // Phys Rev Lett. – 1995. –75. – Pp. 830-843.
[11] Welch S. W. J. and Wilson J. A. Volume of Fluid Based Method for Fluid Flows with Phase Change // Journal of
Computational Physics. – 2000. – 160. – Pp. 662-682.
[12] Kim J. Phase-Field Models for Multi-Component Fluid Flows // Commun. Comput. Phys. – 2012. – 12, No. 3. – Pp. 613-661 .
[13] Li Q., Luo K.H., Kang Q.J., He Y.L., Che Q., Liu Q. Lattice Boltzmann methods for multiphase flow and phase-change heat transfer // Progress in Energy and Combustion Science. – 2016. – 52. – Pp. 62-105.
[14] Safari H., Rahimian M. H., Krafczyk M. Extended lattice Boltzmann method for numerical simulation of thermal phase change in two-phase fluid flow // Phys. Rev. E. – 2013. – 88. – Pp. 013304.
[15] Sun T., Li W. Three-dimensional numerical simulation of nucleate boiling bubble by lattice Boltzmann method // Computers and Fluids. – 2013. – 88. – Pp. 400-409.
[16] Wen X., Wang L.-P., Guo Z., Zhakebayev D.B. Laminar to turbulent flow transition inside the boundary layer adjacent to isothermal wall of natural convection flow in a cubical cavity // International Journal of Heat and Mass Transfer. –2021, –167, –Pp. 120822.
[17] Kruger T., Kusumaatmaja H., Kuzmin A., Shardt O., Silva G., Viggen E.M. The Lattice Boltzmann- Method
(Switzerland:Springer International Publishing, 2017), 293.
[18] Guo Z., Zheng C., Shi B. Discrete lattice effects on the forcing term in the lattice Boltzmann method // Phys. Rev. E. – 2002. – 65. - Pp. 1–6.
[19] Seta T. Implicit temperature-correction-based immersed-boundary thermal lattice Boltzmann method for the simulation of natural convection // Phys. Rev. E. – 2013. – 87. – Pp. 77-115.
[20] Жумагулов Б.Т., Сатенова Б.А., Жакебаев Д. Б. Исследование влияния числа Прандтля на динамику теплового потока методом решеточного уравнения Больцмана. // Вестник НИА РК. – 2019. – №3. – С. 60-68.
