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Mark Ford和Ali Nadim波士顿大学物理系

流体动力学中有一系列涉及液滴和气泡迁移的问题,这些问题在三次采油、空间材料加工和相关领域都有应用。一个例子是在重力和/或热梯度的影响下液滴的迁移,这里在数值模拟的背景下进行了探讨。模拟模拟了一个三维落点的高度轮廓,它沿着一个与水平面倾斜20度的实心平面滚动。通过使用MacCormack方法,在思维机器公司的CM-5上,将雷诺通量方程(一个非线性偏微分方程)在500 × 500节点网格上进行积分。此外,数值格式还考虑了范德华斯力、滑移、前驱体膜和表面张力的影响,以及粘度、密度等常用流体参数。

视频序列

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视频序列1

一滴油沉积在一根水平的铜棒上,在铜棒上施加均匀的温度梯度。液滴表现出热毛细迁移,从棒的热侧移动。

 

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视频序列2

细粉末沉积在液滴中,沿着路径显示在迁移液滴中活跃的涡流。

 

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视频序列3

利用CM-5型超级计算机,在500 × 500节点有限差分网格上,采用MacCormack格式对三维雷诺润滑方程进行了数值模拟。存在重力和毛细效应,滑移为零,有前驱体膜。这个模拟将水滴的瞬时高度按100进行缩放,以创建一个表面图。灰色区域代表前体膜,而从蓝色到红色的阴影提供了澳门威尼斯人注册液滴的额外高度和形状信息。下面将详细说明这个序列的细节。

静态图像

灰色区域代表模拟发生的“板块”。彩色表示液滴的高度值。使用NAG Explorer进行渲染。

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顶部和侧面视图,GIF

最初,水滴呈帽形,底部为方形。

 

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顶部和侧面视图,GIF

然而,随着时间的推移形状的演变,顶点在倾斜的方向上移动。

 

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前视图,GIF

这是时间步长140时液滴的正面视图(视点升高)

 

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顶部和侧面视图,GIF

经过33000个时间步后,雨滴被拉伸,保留方形底座,但在行进方向上表现出明显的伸长。此外,一个明显的轮辋结构形成。如果允许这种进化继续下去,人们预计最终会形成小溪或尾巴。


硬件:思维机器公司的CM-5和波士顿大学的Silicon Graphics Onyx。软件:用CM Fortran编写程序,用C语言和OpenGL编写二维图形。三维图形在NAG虹膜浏览器。图形编程和视频制作:Kathleen Curry (kat@bu.edu),波士顿大学科学计算和可视化组。致谢:感谢美国化学学会(石油澳门威尼斯人注册网站研究基金)资助了本澳门威尼斯人注册网站研究,并感谢Howe实验室,NY。