8825

شبيه سازي جريان و انتقال حرارت با رويكرد مقياس حفره مبتني بر روش شبكه بولتزمن

كارشناسي

مهندسي مكانيك

1402

مجيد سياوشي

1402/08/10

مهندسي مكانيك

Simulation of flow and heat transfer using the lattice Boltzmann method based on pore-scale approach

به دليل كاربردهاي فراوان موضوع حاضر در زمينه هاي گوناگون صنعتي، اهميت انجام پژوهش حاضر، مشخص مي‌شود و از آنجايي كه بررسي و مطالعه ي دقيق در زمينه ي حل معادلات سيستم، راهكار بهينه اي نمي‌باشد، محقق بر آن است كه از روش هاي عددي بهره گيرد. در اين راستا، روش مقياس حفره، روشي است كه به عنوان راهكار اساسي در نظر گرفته مي‌شود. به همين منظور، هدف پروژه ي حاضر بررسي و شبيه سازي ميدان جريان سيال و انتقال حرارت در فوم هاي فلزي سلول باز، با رويكرد مقياس حفره مبتني بر روش شبكه بولتزمن مي‌باشد. جهت دستيابي به هدف مذكور، اقداماتي انجام شد كه در ادامه به ترتيب قرار مي‌گيرد. در وهله ي اول، هندسه ي فوم فلزي توسط الگوريتم موزائيك كاري لاگر-ورنوي توليد مي‌گردد. انجام اين اقدام و استفاده از اين روش، به اين منظور است كه هندسه‌اي كه در نهايت توليد مي‌شود تا حد امكان به هندسه ي واقعي نزديك باشد. جهت دستيابي به هدف مذكور، اقداماتي انجام ميشود كه در ادامه به ترتيب قرار مي‌گيرد. در وهله ي اول، هندسه ي فوم فلزي توسط الگوريتم موزائيك كاري لاگر-ورنوي توليد مي‌گردد. انجام اين اقدام و استفاده از اين روش، به اين منظور است كه هندسه‌اي كه در نهايت توليد مي‌شود تا حد امكان به هندسه ي واقعي نزديك باشد. توجه شود كه چگالي حفره‌ي فوم مذكور 15PPI بوده و داراي ضريب تخلخل 0.88 مي‌باشد. پس از آن به جهت حل مسئله ي مطرح شده، توسط روش شبكه بولتزمن، حلگر زمان آسايش چندگانه براي تحليل ميدان جريان و حلگر شبكه بولتزمن تنظيم شده براي تحليل انتقال حرارت انتخاب مي‌گردد. در اين‌ پژوهش، آنچه كه به عنوان يك ابتكارعمل، در نظر‌ گرفته مي‌شود، آن است كه اثر دو نوع انتقال حرارت هدايت و جابه‌جايي به صورت همزمان در رژيم دارسي و غيردارسي بررسي مي‌شود. به اين منظور، كدهاي مربوطه در كتابخانه‌ي متن باز پالابوس توسعه داده شده است. در ادامه ي پژوهش، با اجراي كدهايي كه در اين راستا تهيه شده، چنين مشخص مي‌شود كه نفوذپذيري هاي ظاهري، نفوذپذيري دارسي و نفوذپذيري بدون بعد در رژيم دارسي تقريبا ثابت است و در رژيم غيردارسي به طور پيوسته كاهش مي‌يابد. همچنين نتايج نشان مي‌دهد كه ضريب انتقال حرارت و عدد ناسلت در برابر افزايش عدد رينولدز رفتار مشابه و مستقيمي داشته و حساسيت اين دو پارامتر به تغييرات رينولدز در رژيم دارسي بيشتر از رژيم غيردارسي مي‌باشد. نتايج چنين نشان مي‌دهد كه در سرعتي با مقدار  0.0014118  جريان از حالت دارسي به غيردارسي وارد مي‌شود.

روش شبكه بولتزمن - الگوريتم موزائيك كاري لاگر-ورونوي - فوم فلزي سلول باز - تحليل ميدان جريان و انتقال حرارت