格子 Boltzmann 模拟中沸腾如何发生？
流体动力学
2020-09-10 v2 计算物理
摘要
近年来，格子 Boltzmann（LB）方法被广泛用于模拟沸腾现象 [A. Márkus and G. Házi, Phys. Rev. E 83, 046705 (2011); Biferale et al., Phys. Rev. Lett. 108, 104502 (2012); Li et al., Phys. Rev. E 96, 063303 (2017); Wu et al., Int. J. Heat Mass Transfer 126, 773 (2018)]。然而，一个非常重要的问题仍然悬而未决，即沸腾在 LB 模拟中是如何发生的？例如，现有 LB 研究表明，疏水表面上的沸腾比亲水表面在更低的壁面过热度下开始，这与实验研究在定性上吻合良好，但尚无人解释这一现象如何在 LB 模拟中出现，以及改变加热表面润湿性后模拟中发生了什么。本文通过分析具有混合润湿性的平面表面上的沸腾以及具有均匀润湿性的结构化表面上的沸腾，揭示了 LB 沸腾机理。通过理论分析，我们证明，在施加相同壁面过热度时，在 LB 沸腾模拟中，疏水表面附近流体密度下降速度快于亲水表面。因此，疏水表面比亲水表面在更低壁面过热度下即可诱导从液态到汽态的相变。此外，类似的理论分析表明，在具有均匀润湿性的结构化表面情形下，流体密度在凹角处下降最快，这解释了为何在结构化表面沸腾的 LB 模拟中汽泡在凹角处成核。
引用
@article{arxiv.2005.07326,
title = {How does boiling occur in lattice Boltzmann simulations?},
author = {Qing Li and Y. Yu and Z. X. Wen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2005.07326},
year = {2020}
}
备注
10 figures