17868

17868

شبيه‌سازي برخورد دو قطره امتزاج‌ناپذير به كمك روش شبكه بولتزمن سه‌مولفه‌اي

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي - ديناميك سيالات

فروردين ماه 1396

دكتر سيد مصطفي حسينعلي‌پور

مكانيك

روش شبكه‌ي بولتزمن يكي از انواع روش‌هاي ديناميك سيالات محاسباتي است كه ماهيت ميان‌مقياسي دارد. اين روش در دو دهه‌ي اخير به يك روش بهينه و قدرتمند براي محاسبات جريان‌هاي پيچيده مانند جريان در محيط متخلخل، جريان آشفته و جريان چندفاز تبديل شده است. از زمان ظهور اين روش، استفاده‌ي آن در جريان‌هاي چندفاز همواره يكي از كاربردهاي مهم آن به شمار رفته است. تاكنون مدل‌هاي دوفاز بسياري در شاخه‌هاي گراديان رنگ، انرژي آزاد، شبه‌پتانسيل و ميدان فازي شبكه بولتزمن چندفاز ارائه شده اند. بااين‌حال، ورود به حيطه‌ي جريان‌هاي سه‌فازي جز در سال‌هاي اخير به‌صورت جدي صورت نگرفته است و مدل‌هاي اندكي در آن ارائه شده است. در اين پژوهش، پس از بررسي معدود مدل‌هاي سه‌فازي روش شبكه بولتزمن، مدل ميدان فازي ليانگ و همكاران به‌منظور كدنويسي برگزيده شد. پس از بررسي قابليت‌ها و محدوديت‌هاي مدل ليانگ بر روي مسائل گوناگون، از آن براي شبيه‌سازي برخورد دو قطره‌ي اختلاط‌ناپذير در محيط سيال چگال استفاده شد. مسئله‌ي برخورد قطرات (و حباب‌ها) يكي از مسائل مهم درزمينه‌ي افشانه‌ها، تشكيل ابرها و قطرات باران، كپسوله‌سازي و تصفيه‌ي پساب هاي نفتي و آب توليدي حاصل از فرايند برداشت نفت مي‌باشد. نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه افزايش نسبت چگالي ميان دو قطره باعث كم‌تر شدن احتمال برخورد در پارامترهاي برخورد بزرگ‌تر مي‌شود. همچنين كاهش نسبت ويسكوزيته باعث گسترش رژيم ادغام با به دام افتادن فاز پيوسته ميان دو قطره‌ي ادغام‌شده مي‌گردد و مرز رژيم‌هاي ادغام-لغزش را اندكي به پارامترهاي برخورد بزرگ‌تر منتقل مي‌كند. واژه‌هاي كليدي: روش شبكه‌ي بولتزمن، ميدان فازي، جريان سه‌فاز، برخورد قطرات و حباب‌ها

1396/07/15

3/19/2020 12:00:00 AM

Lattice Boltzmann Method (LBM) is one of the Computational Fluid Dynamics (CFD) methods that has a mesoscopic nature. In pase two decades, this method has been developed to a powerful and efficient simulation method for a wide range of problems like flow in porous media, turbulence and multiphase flows. From the emergence, utilization of LBM in multiphase flows was one of its important applications. So far, numerous two phase models have been presented in categories of color gradient, free energy, pseudopotential and phase field. However, not until recently in comparision with two phase models less attention was paid to the three phase models and only few models have been stablished. In this work, after investigating some of LBM three phase models, the model of Liang et al. hase been chosen to impelement in a numerical code. Afterwards, advantages and limitations of the model on several cases were studied and then the model was used to simulate two immiscible drops collision in a dense ambient. The problem of drops collision (and bubbles) is of great importance in sprays, evolution of clouds and rain drops, encapsulation and produced water (waste water) teeatment. It is found that increasing density ratio will decrease the probability of drops coalescence in large collision parameters. Also, reduction in viscosity ratio will extend the coalescence regime with traped phase and shifts the coalescence-slip regim border to larger collision parameters. Keywords: Lattice Boltzmann Method, Phase field, Ternay flow, Drops and Bubbles Collision