应用改进粒子水平集法对液滴碰撞的数值研究

田辉; 王琳琳; 叶阳辉; 李国君

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应用改进粒子水平集法对液滴碰撞的数值研究

更新时间：2025-07-09

- 应用改进粒子水平集法对液滴碰撞的数值研究
- Numerical Simulation on Droplets Collision with Improved Particle Level Set Method
- 西安交通大学学报 2012年46卷第1期页码：125-130
- 作者机构：
  
  西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室,西安,710049
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  : 2011-04-14. 作者简介: 田辉(1982-),男,博士生;李国君(通信作者),男,教授,博士生导师. 基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51076126)
- DOI：
  中图分类号： O359
- 网络首发：2012-01-10，
  
  纸质出版：2012
- 稿件说明：
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田辉, 王琳琳, 叶阳辉, 等. 应用改进粒子水平集法对液滴碰撞的数值研究[J]. 西安交通大学学报, 2012,46(1):125-130.

Numerical Simulation on Droplets Collision with Improved Particle Level Set Method[J]. 2012, 46(1): 125-130.
田辉, 王琳琳, 叶阳辉, 等. 应用改进粒子水平集法对液滴碰撞的数值研究[J]. 西安交通大学学报, 2012,46(1):125-130. DOI：

Numerical Simulation on Droplets Collision with Improved Particle Level Set Method[J]. 2012, 46(1): 125-130. DOI：

摘要

为了准确捕捉自由面运动

求解液滴的碰撞过程

针对传统粒子水平集法不适用于待修正网格包含在虚拟粒子内部的情况

在充分分析以上问题的基础上提出一种新的局部距离函数定义方式.经测试问题验证

改进方法可降低由于粒子沿非界面法线方向运动对界面修正的干扰

显著提高界面捕捉精度及守恒性.应用改进粒子水平集法对二维液体碰撞过程进行数值模拟

计算结果显示:相对速度是正碰过程是否发生分离的决定因素

空气中两个直径为3 mm的正碰水滴的临界韦伯数为13.79; 偏心程度和相对速度共同影响偏心碰撞的液滴形态; 给定相对速度时存在两个临界偏心程度

偏心程度介于临界值之间时碰撞后不发生分离.

Abstract

The conventional particle level set method fails for the case when a mesh point to be corrected falls into an escaped particle. A novel local distance function correction approach was proposed in this study to capture the free surface movement and solve the process of droplet collision accurately. The verification by the deformation field problem confirms that the approach proposed can improve the accuracy of the interface capturing and the system mass conservation. The new approach was employed to simulate the process of 2D droplets collision. The results show that: for the normal collision

relative velocity is the key factor determining whether separation occurs after collision; the critical value of Weber number is 13.79 for two droplets with a diameter of 3 mm; the relative velocity and eccentricity both affect the separation pattern when an eccentric collision occurs; there are two critical eccentricities for a given relative velocity

and the separation will not occur when the eccentricity falls between the two critical eccentricities.

关键词

Keywords

references

MCKEE M F, TOME V G, FERREIRA V G, et al. The MAC method[J]. Computers & Fluids, 2008,37(8): 907-930.

HIRT C R, NICHOLS B D. Volume of fluid(VOF)method for the dynamics of free boundaries[J]. Journal of Computational Physics, 1981,39(1): 201-225.

SETHIAN J A. Curvature and the evolution of fronts[J]. Communication of Mathematical Physics, 1985, 101(4): 487-499.

OSHER S, SETHIAN J A. Fronts propagating with curvature-dependent speed: algorithms based on Hamilton-Jacobi formulations[J]. Journal of Computational Physics, 1988,79(1): 12-49.

UNVERDI S O, TRYGGVASON G. A front-tracking method for viscous, incompressible, multi-fluid flows[J]. Journal of Computational Physics, 1992, 100(1): 25-37.

SUSSMAN M, PUCKETT E G. A coupled level set and volume-of-fluid method for computing 3D and axisymmetric incompressible two-phase flows[J]. Journal of Computational Physics, 2000,162(2): 301-337.

ENRIGHT D, FEDKIW R, FERZIGER J, et al. A hybrid particle level set method for improved interface capturing[J]. Journal of Computational Physics, 2002, 183(1): 83-116.

谷汉斌, 李炎保, 李绍斌,等. 界面追踪的Level Set和Particle Level Set法[J]. 水动力学研究与进展:A辑, 2005(2): 152-160.

GU Hanbin, LI Yanbao, LI Shaobin, et al. The level set and particle level set method for tracing interface[J]. Journal of Hydrodynamics:A, 2005(2): 152-160.

田辉, 王琳琳, 叶阳辉,等. 一种改进的高效粒子水平集法及其应用[J]. 西安交通大学学报, 2011,45(11): 34-38.

TIAN Hui, WANG Linlin, YE Yanghui, et al. Improved high-efficiency particle level set method with applications[J]. Journal of Xi'an Jiaotong University,2011,45(11): 34-38.

WANG Z Y, YANG J M, STERN F. An improved particle correction procedure for the particle level set method[J]. Journal of Computational Physics, 2009,228(16): 5819-5837.

SUSSMAN M, SEREKA P, OSHER S. A level set approach for computing solutions to incompressible two-phase flow[J]. Journal of Computational Physics, 1994,114(1): 146-159.

RIDER W J, KOTHEY D B. Reconstructing volume tracking[J]. Journal of Computational Physics, 1998, 141(2): 112-152.

BELL J B, COLELLA P. A second-order projection method for the incompressible Navier-Stokes equations[J]. Journal of Computational Physics, 1989,85(12): 257-283.

应用改进粒子水平集法对液滴碰撞的数值研究. 2011,45(11): 34-38.

初始形状对浮升气泡动力特性的影响. 2011,45(1):43-47.

模拟自由表面问题的移动粒子半隐式模拟方法. 2010,44(11):109-112.

液滴斜向撞击液面的移动粒子半隐式法数值模拟. 2010,44(9):93-98.

气泡堆积法生成曲线多边形区域非结构化网格及其应用. 2009,43(11):109-113.

气泡堆积法生成局部加密非结构化网格. 2009,43(9):19-22.

用Level Set方法对水下两个气泡运动的数值模拟. 2009,43(7):11-15.

低冲击能量液滴与球面碰撞沉积特性的数值研究. 2009,43(7):21-24.

基于气泡堆积的非结构化网格生成技术. 2009,43(1):29-33.

带内嵌固体的不可压缩气液两相界面流数值模拟方法. 2008,42(9):1151-1155.

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