Особенности разрыва тонких
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 21

Особенности разрыва тонких струй и пленок жидкости А. Куперштох PowerPoint PPT Presentation


  • 113 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Особенности разрыва тонких струй и пленок жидкости А. Куперштох Институт гидродинамики им. М.А.Лаврентьева Сибирского отделения РАН , Новосибирск , РОССИЯ http://ancient.hydro.nsc.ru/sk/. Международная конференция ИПМСС , Коблево – 2011. Введение.

Download Presentation

Особенности разрыва тонких струй и пленок жидкости А. Куперштох

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


6362659

Особенности разрыва тонких

струй и пленок жидкости

А. Куперштох

Институт гидродинамикиим. М.А.Лаврентьева

Сибирского отделения РАН,

Новосибирск, РОССИЯ

http://ancient.hydro.nsc.ru/sk/

Международная конференция ИПМСС, Коблево –2011


6362659

Введение

Тонкая цилиндрическая струя жидкости неустойчива к

возмущениям типа перетяжек.

Плоские пленки жидкости, не подверженные внешним

воздействиям, устойчивы, так как силы поверхностного

натяжения сглаживают флуктуации поверхности.

Для моделирования использовался метод решеточных

уравнений Больцмана (LBE).

Неустойчивость типа перетяжка.

Расчетная сетка 112×112 ×480.

t = 200, 8000, 8400, 8600, 9000, 11000

Международная конференция ИПМСС, Коблево –2011


6362659

Разрушениеплоских пленок жидкости

Если же происходит объемный нагрев пленки, то на границе раздела фаз нарушаются условия равновесия испарения и конденсации. В результате возникает поток вещества с нагретых частей поверхности. Кроме того, при испарении возникают реактивные силы.

Третьим эффектом является эффект Марангони, то есть возникновение на поверхности раздела фах тангенциальных сил из-за изменения поверхностного натяжения, связанного с распределением температуры.

Эти процессы приводят к течениям в жидкости и окружающем паре. Если нагрев неравномерный вдоль пленки, то такие течения могут привести к нарушению целостности пленки жидкости.


6362659

Уравнение Больцмана с дискретными

скоростями

Кинетическое уравнение

Больцмана

На гидродинамическом

этапе можно использовать

дискретный и конечный

набор скоростей частицck

(Broadwell, 1964),

(Годунов, Султангазин)

Характеристики – прямые линии.

Обычно используются заселенности Nk

Международная конференция ИПМСС, Коблево –2011


6362659

Регулярные решетки для метода LBE

Метод характеристик для

LBE - шаг по времени такой,

что

Трехмерный вариант

Двумерный вариант

D3Q19

D2Q9


6362659

Метод решеточных уравнений Больцмана

Переносфункций распределениявдоль характеристик

Гидродинамические переменные

Вычисление равновесныхфункций распределения

  • кинетическая температура

  • LBE псевдочастиц.

Изменение функций распределения

Оператор столкновений в виде BGK (релаксация)


6362659

Фазовые переходы для заданного УС

Чтобы смоделировать притягивающую ветвь потенциала межмолекулярного взаимодействия -- силы притяжения между частицами в соседних узлах.

(Shan – Chen, Phys. Rev. E, 1993)

Полная сила,действующая на вещество в

узле (Qian, Chen, Int. J. Mod. Phys., 1997)

Мы ввели

Тогда

Изотропная конечно-разностная аппроксимация

Изменение функций распределения за счет действия сил

(Метод точной разности) – Куперштох, 2003.

где

(Kupershtokh, Medvedev, Karpov, CAMWA, 2009, V. 58, N 5)


6362659

Алгоритм LBE

Использовалась трехмерная LBE модельD3Q19.

Шаг по времени состоит изнескольких подшагов (метод расщепления по физическим процессамН.Н. Яненко)

1. Перенос функций распределениявдоль характеристик.

2. Вычисление новых значений плотностиифункцииФ

используя конкретное уравнение состояния.

3. Вычислениесил взаимодействия, действующих на узел

(градиент псевдопотенциала).

4. Вычислениезначений скорости доипоследействия

силна узел. Вычисление соответствующих

равновесных функций распределения.

5. Изменение функций распределенияв узле за счет

оператора столкновений.

6. Изменение функций распределенияв узле за счет

сил взаимодействия, используяметод точной разности.

Международная конференция ИПМСС, Коблево –2011


6362659

Параллельные вычисления на GPU

nVIDIAGTX-480:

480 ядер

1.5 GBвнутренней памяти

nVIDIAGTX-580:

512 ядер

1.5 GBвнутренней памяти

nVIDIAGTX-580:

512 ядер

3 GBвнутренней памяти

В алгоритме LBE вычисления - преимущественнолокально в узле за исключениемподшага переносаивычислений градиента псевдопотенциала.

Для программирования на GPU использовалась технологияCUDA 4.0и компиляторgcc подWindows XP-32.


6362659

Бинодаль для реального УСводы

Интерполяция изотермы в

области под бинодалью

Кривая сосуществования для плоской границы

1 – Табличные данные2–LBEмоделирование

При Т = 20 отношение

плотностей

≈ 58000


6362659

Закон Лапласа для 2D капель

УС Ван-дер-Ваальса

3

1

2

1- vdW

2- set I

3- set II


6362659

Поверхностное натяжение для УС ВдВ

Поверхностное натяжение при стремлении температуры к критической точке при расчетах методом LBE


6362659

Заключение

Корректный учет уравнений состоянияв методе LBE

должен включать:

●Изотропнуюконечно разностную аппроксимацию

градиента псевдо-потенциалана решетке.

●Метод точной разности для учета действия объемных

сил.

●Относительно маленькое отношение, чтобы

обеспечить критерий численной устойчивости LBE

алгоритма.

МетодLBE хорошо распараллеливается по технологии CUDAна многопроцессорных графических ускорителях.

Метод позволяет моделировать фазовые переходы, соответствующиекривой сосуществованияреальных флюидовс высокой точностью.

Метод позволяет моделироватьширокий круг явлений, в которых возникают и исчезают границы раздела фаз жидкость-пар, то есть происходят фазовые переходы.


6362659

Механизм разрушения пленок жидкости,

подвергнутых растяжению

Максимум температуры в центральной части пленки DT/T = 0.02.

Пленка медленно

Старые расчеты,

сетка 150 x 100

растягивается из-за эффекта Марангони.

Расчет на GPU(480 процессоров),

сетка 4000 x 1600.

волна сжатия

капельки

  • В области метастабильных состояний - распад на фазы.

  • Возникает механическая неустойчивость тонкой пленки, и

  • она распадается на серию мелких капелек.

  • 3. Давление окружающего пара много меньше давления насыщающего пара для капелек маленького радиуса.

  • Поэтому капельки очень быстро полностью испаряются.

  • 4. Возникает облако повышенной плотности, которое расширяясь формирует расходящуюся волну сжатия.


6362659

Время разрыва пленки от ее толщины


6362659

Время разрыва пленки от ее длины


6362659

Разрушение пленки по всей длине

Температура периодически меняется по длине пленки.

Сетка 2000 x 800.


6362659

Эффект Марангони (термокапиллярность)

Распределение температуры

для

,

где

Решетки до

256×256×224

Международная конференция ИПМСС, Коблево –2011


6362659

Взрывной характер разрушения

при быстром импульсном нагреве

Температура имеет максимум в центральной части пленки.

Расчетная сетка 2000 x 800

  • Импульсный нагрев приводит к объемному увеличению давления. Со свободной поверхности вглубь вещества идут волны разрежения.

  • На оси происходит их столкновение и отражение. Плотность на оси падает.

  • Затем – разлет жидкой оболочки.

  • При утоньшении жидкой оболочки она рвется по предыдущему сценарию.


6362659

Разрушение 3D тонкостенного жидкого

пузыря

LBE с двумя компонентами. Решетка 144×144×144


6362659

Спасибо за внимание!

[email protected]

http://ancient.hydro.nsc.ru/sk/

Работа выполнена при частичной финансовой поддержкеРФФИ (грант № 10-08-00805) и интеграционного проекта СО РАН 116-2009

Международная конференция ИПМСС, Коблево –2011


  • Login