项目名称: 基于格子Boltzmann方法的声致悬浮液滴动力学研究

项目编号: No.11472220

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 陈效鹏

作者单位: 西北工业大学

项目金额: 80万元

中文摘要: 研究液滴的声致悬浮及其在声悬浮状态下的星形本征振荡现象,涵盖流体动力、自由面稳定性等理论问题,对声-流耦合等机理的探索具有重要学术价值;认识这些现象同时对于人体内药物受控释放、无容器材料制备等技术发展具有重要支撑作用。格子Boltzmann方法(LBM)在声学等多物理场流动模拟方面具有天然优势。本研究采用LBM、辅以机理性实验和势流理论分析等手段,对液滴声致悬浮及其星形振荡开展研究;揭示其中的力学机理,包括:声辐射压力/声致冲流与平衡/运动自由面耦合效应、跨自由面声传播影响、自由面振动模态转变及破碎,并考虑自由面及其运动对液滴定位稳定性的影响,建立相应的物理模型。本课题发展的LBM-自由面和声学数值模型,是对自由面振荡势流理论研究和唯像参数化(parametric)方法研究的一个重要补充;其成果也将进一步拓展日趋成熟的格子Boltzmann方法在声学、多相流研究领域的应用。

中文关键词: 格子Boltzmann方法;多相流;声致悬浮;界面不稳定性;星形振荡

英文摘要: Phenomenon of coustic levitated droplet dynamics and its shape oscillation in an acoustic field attract many attentions in recent years. Both its underlying physics, like the acoustic physics, free surface instabilities, multidisciplinary coupling effects, and its potential applications on targeted drug release in human body, ultrasonic levitation of liquids, trigger rapidly growing research in this field. Based on our current research fundamentals, in this project, we will focus on the numerical studies on the phenomenon of shape oscillations of droplet in acoustic waves, mainly, by lattice Boltzmann methods. As well, necessary potential-flow based theoretical analysis and fundamental experiments will be implemented and comparied. Through which, the mechanisms of acoustic levitation and sonic excitation on targets - including the effects of radiation pressure, acoustic streaming and the positioning stability - and the coupling physics among viscosity, inertia and interfacial dynamics, will be explored. For the lattice Boltzmann method, the acoustic model in multiphase will be implemented. And it is anticipated that the relative models will be improved according to simulated results. Besides the relative potential theory exploring and phenomenological arametric study, this work is expected to supply abundant data and further insight of the phenomenon. Meanwhile, to the fast developing lattice Boltzmann method, this work will also be regarded as an example for its feasibility, reliability on acoustics and interfacial kinetics.

英文关键词: lattice Botlzmann method;multiphase;acoustic levitation;interfacial instability;star-shaped oscillation

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