基于VOF方法的大水滴袋状破碎的仿真研究

为研究大水滴(d50μm)运动和袋状破碎的复杂特性,以便于进一步研究大水滴破碎在飞机结冰方面独特的危害性,本文应用VOF(Volume of Fluid)方法对不同韦伯数(Weber number,We数)下的水滴进行数值模拟,观察到了水滴的典型袋状破碎形态,并将袋状破碎划分为五个特征阶段。本文还应用瑞利-泰勒不稳定性(Rayleigh-Taylor Instability,R-T不稳定性)和瑞利-普拉特不稳定性(Rayleigh-Plateau Instability,R-P不稳定性)解释破碎的形态特征。此外,本文统计了水滴的迎风直径、破碎时间和沿程的阻力系数,并与实验数据和本课题组创立的BTB(Bag Type Breakup)理论模型加以对比,验证了破碎时间与形变量、阻力系数的无量纲关系,即形变量在初期与时间呈线性关系,后期为二次函数关系;而破碎时间随着We数增长逐渐减小,水滴阻力系数随形变先迅速增大后减小。本文所用方法可用于进一步的液滴破碎机理研究。