海浪、地震等条件都会导致核动力设备中存在自由液面的设备产生剧烈的晃荡。为了分析晃荡条件下液体中的气泡行为特性以及晃荡对气泡上升行为的影响,本研究在 Fluent 平台下运用 CLSVOF(Coupled Level-Set and Volume-Of-Fluid)模型数值模拟气泡在液体中的上升过程。数值模拟晃荡条件下,气体由入口进入液体空间,形成气泡并在液体中的上升过程,并辅助以实验研究分析气泡上升运动行为特性。计算结果显示剧烈的晃荡会影响气泡的脱离尺寸,在加速部分气泡分离的同时阻碍部分气泡的运动而导致气泡聚合;晃荡运动还会致使气泡在水平方向偏离比较大的位移,致使气泡呈周期性摆动上升。研究结果表明晃荡条件下大空间内晃荡液体呈现出复杂的非线性涡流场,受到涡流场的作用气泡的上升过程由螺旋式变为摆动上升,流场对气泡上升运动的影响远远大于气泡自身物理属性。数值模拟单个气泡在静水条件下、无自由液面纵荡条件下、晃荡条件下的上升过程,分析其速度变化。计算结果显示纵荡形式的附加惯性力降低了气泡上升速度,而水平方向速度变化形式与引入附加惯性力的变化趋势相似,变化幅度随气泡尺寸减小而减小,频率随气泡尺寸减小而增大;自由液面的波动在垂直方向上对气泡的阻力会使气泡上升速度减慢,水平方向与附加惯性力叠加使气泡运动速度变化更为复杂。计算结果表明晃荡运动的影响是附加惯性力与自由液面波动影响的叠加,气泡的运动速度主要取决于外界激励形式与强度还有自由液面波动幅度,气泡的本身属性起次要作用。对纵荡激励不同周期与振幅条件下的气泡上升过程数值模拟,分析气泡运动速度随周期与振幅增加的变化规律。计算结果显示随着激励振幅的增加气泡水平方向运动速度变化趋势与外界激励相同,摆动幅度先增加后减小,垂直方向速度先减小再增加再减小;随着外界激励周期的增加气泡水平方向摆动幅度迅速降低,垂直方向速度先减小再增加。计算结果表明振幅的增加虽然不改变气泡水平方向的整体运动趋势,但增强了局部扰动,因此对摆动幅度的变化呈现出明显的非线性关系;周期的变化改变了外界激励的相位,即改变气泡水平方向的运动趋势又极大程度上的改变了摆动幅度,气泡水平方向的运动速度对周期的变化更加敏感;由于自由液面波动复杂的非线性运动规律,垂直方向速度随周期和振幅的变化也体现出强烈的非线性。