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本文系统地研究了气泡在磁性流体中的宏观动力学特性。用PLIC-VOF方法追踪气泡的自由界面,CSF方法计算表面张力。
(1)考察了Mo数及E(o)数对气泡运动与变形的影响,发现气泡的运动与变形随Mo数的增大而受到抑制,随E(o)数的增加,气泡两翼出现破裂。
(2)考察了压力以及壁面因素对气泡上升的影响,发现当同时考虑压力以及壁面因素时,气泡从球帽形转变为子弹头状的Taylor气泡,长径比和速度随压力增大而减小:而单独考虑压力因素时,气泡的长径比随压力的增大而增大。
(3)考察了磁场强度对不同起始形貌的气泡上升过程的影响,发现气泡的最终形貌受磁场强度的影响,当磁场较弱时,动力学压力占主导,使气泡变扁,起始形貌对气泡的最终形态产生影响。当磁场强度增大,磁性压力与动力学压力相等时,气泡形貌维持圆形。
(4)研究了两个气泡在磁性流体中的上升过程,预测了双气泡的运动与变形。考虑了流场因素和磁场因素对气泡上升过程的影响,发现这两个因素对气泡的运动变形都起到很大的影响。
(5)应用数值与实验的方法分析了气泡向下鼓入水和磁性流体的过程,通过数学模型并应用PLIC-VOF方法仿真重现了气泡的形成与破裂机理,通过数值模拟获得了气泡的形状与生长周期,用CCD摄像头完成实验测量,实验与模拟达到了数值上的吻合。
(6)使用数学模拟的方法研究了磁性流体在突扩管中的流动。通过改变磁场力的大小,与无磁场条件下的流动进行对比,研究了磁性流体的流动特性。