液体射流破碎的格子 Boltzmann 建模与模拟

在三维27速度(D3Q27)格子框架下，开发了用于不混溶两相流的三维颜色流体格子 Boltzmann 模型。碰撞算子包含三个子算子的D3Q27版本：多松弛时间(MRT)碰撞算子、广义Liu--Valocchi--Kang扰动算子和Latva-Kokko--Rothman重着色算子。该模型还引入了增强平衡分布函数的D3Q27版本，以改善伽利略不变性。三类数值测试，即静态液滴、振荡液滴和Rayleigh--Taylor不稳定性，显示出与解析解和数值模拟的良好一致。在这些数值测试之后，该模型被应用于液体射流破碎模拟。模拟条件与先前的实验条件相匹配。在这种情况下，尽管连续相的运动粘度被设置得低至 $1.8\times10^{-4}$，相应的雷诺数为 $3.4\times10^{3}$，但整个模拟过程中保持了数值稳定性；基于D3Q27格子开发的格子 Boltzmann 模型使我们能够以直接与实验匹配的参数进行模拟。射流液柱从非对称形状转变为轴对称形状，并且从射流侧面发生夹带。测得的射流前缘位置的时间历程与实验吻合良好。最后，评估了液-液系统区域图的再现性。当前的格子 Boltzmann 模拟很好地再现了预测区域的特征，包括曲张破碎、蜿蜒破碎和雾化。