شبیه سازی عددی برخورد حباب بالارونده به مانع متخلخل با استفاده از روش شبکه بولتزمن پایستار جرمی

یک مدل شبکه بولتزمن دوفازی قدرتمند با قابلیت مدلسازی نسبت چگالی بالا برای شبیه سازی برخورد حباب به مانع متخلخل به کار گرفته شده است که می تواند جریان دوفازی مخلوط نشدنی با نسبت چگالی ۱۰۰۰ را با بقای جرم بسیار مطلوب شبیه سازی کند. در این مقاله با مدلسازی مانع در دامنه حل جریان دوفازی، نحوه تغییرات توابع توزیع در دیواره ها و گوشه های مانع بیان شده، نحوه اعمال شرط مرزی ترشوندگی سطح بر روی مانع تشریح گردیده و نشان داده شده است که با وجود اعمال شرط مرزی مربوط به مانع نیز بقای جرم مدل به شکل مطلوبی حفظ می شود. پس از ارزیابی دقت و قابلیت مدل و صحت پیاده سازی آن ابتدا با چند مساله پایه، برخورد یک حباب بالارونده با نسبت چگالی ۱۰۰۰ به یک مانع متخلخل مسطح شبیه سازی شده و تاثیر زاویه تماس، عدد اتوس و نسبت تخلخل و در تغییر شکل و نحوه عبور یا عدم عبور حباب از مانع به صورت سیستماتیک مورد بررسی قرار گرفته است. در برخورد حباب به مانع متخلخل با نسبت تخلخل پایین، در صورتی که زاویه تماس کم باشد حباب در زیر مانع باقی مانده و به سکون می رسد. در زوایای تماس بالا، خاصیت آب گریزی سطح مانع، حباب را به داخل تخلخل ها می کشد و حباب به سطح بالای مانع منتقل می شود و بر روی سطح مانع به سکون می رسد. در سایر موارد حباب به طور کامل از مانع عبور می کند و از آن جدا می شود. خطای بقای جرم در عبور حباب از مانع متخلخل از مرتبه ۱۱-۱۰ است که بسیار مطلوب ارزیابی می شود.

کلیدواژه ها:

two-phase flow ، rising bubble ، porous obstacle ، bubble striking ، mass-conserving lattice Boltzmann method ، جریان دوفازی ، حباب بالارونده ، مانع متخلخل ، برخورد حباب ، روش شبکه بولتزمن