Gaudlitz, Daniel:
ISBN 9783899597882

Numerische Untersuchung des Aufstiegsverhaltens von Gasblasen in Flüssigkeiten. Strömungsmechanik Bd. 7 # Pb., 156 S., 51 Abb., davon 10 in Farbe, 7 Tab.

SCHLAGWORTE:
Strömungsmechanik
Mehrphasenströmung
Gasblasen in Flüssigkeiten
Numerische Modellierung
Numerische Simulation

Mittels Direkter Numerischer Simulation wurde das Aufstiegsverhalten von Gasblasen in Flüssigkeiten untersucht. Für die Beschreibung von bewegten Oberflächen wurde eine modifizierte Version der hybriden Partikel-Level-Set-Methode entwickelt und diese für Simulationen von Zweiphasenströmungen mit großen Dichte- und Viskositätsgradienten und Oberflächenspannungskräften an Phasengrenzflächen validiert. Die numerischen Untersuchungen von Blasen mit linearen Aufstiegspfaden ergaben eine sehr gute Übereinstimmung der Blasenformen, der Größe der Nachlaufgebiete und der Aufstiegsgeschwindigkeiten mit den experimentellen Daten. In Simulationen von Blasen mit zickzackförmigen Aufstiegsbahnen konnte das periodische Ablösen von Haarnadelwirbelsystemen von der Blasenunterseite als Ursache der lateralen Blasenbewegung identifiziert werden. Auf Grund des turbulenten Nachlaufs stellten sich symmetrische und asymmetrische Oszillationen der Blasenform ein.




Numerical investigation of gas bubbles rising in liquids

The rising characteristics of gas bubbles in liquids are investigated by direct numerical simulation. For representing the phase interfaces a modified version of the hybrid particle-level-set method has been developed. This method has been validated for the computation of two-phase flows characterized by large density and viscosity ratios and by the presence of surface-tension forces at the phase interfaces. For bubbles rising steadily along a linear path the bubble shape, the wake geometry and the terminal rising velocity obtained by numerical simulations have been found to be in excellent agreement with experimental data. For bubbles ascending along zig-zag paths we were able to capture the mechanism of periodic shedding of connected hairpin vortices which cause the lateral bubble motion. The turbulent wake leads to symmetric and asymmetric bubble-shape oscillations.

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