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液桥重开过程的两相格子Boltzmann模型及计算
【作者】 王宁宁 刘海湖 张楚华 西安交通大学能源与动力工程学院 西安710049
【关键词】 格子BOLTZMANN方法 两相流动 微通道 界面张力 液桥重开
【摘要】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。
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