بررسی جریان توربولنس دو فازی (مایع – حباب) در داخل یک کانال با اتصال T ومحاسبه نرخ جدایی فازها با استفاده از روش المان های گردابه ای

حرکت حباب ها در یک جریان توربولنس تابعی از زمان است و به همین دلیل از مدل های معمولی جریان درهم مانند (k -ε ) برای بررسی و مطالعه دینامیک حباب ها نمی توان استفاده نمود. در این مقاله به بررسی جریان حباب های گاز در داخل یک کانال با اتصال T(Junction T-) و با جریان درهم و دو بعدی پرداخته می شود. این اتصال شامل یک ورودی و دو خروجی می باشد. از آنجا که تعیین مسیر، موقعیت و سرعت لحظه ای هر حباب بستگی به سرعت لحظه ای سیال دارد و تعیین محل دقیق حباب در هر لحظه زمانی قابل پیش بینی نیست، نمی توان از یک شبکه ثابت برای حل لحظه ای سرعت سیال استفاده نمود. روش گردابه های تصادفی روشی است برای تعیین سرعت سیال در هر نقطه از کانال بدون نیاز به تعیین سرعت در تمام میدان سیال. در این روش از حل معادله انتقال ورتیسیته در دو مرحله جابجایی و پخش استفاده می شود. با ارضای شرایط مرزی روی دیواره های جامد، گردابه ها متولّد و توسط دو مکانیزم جابجایی و پخش در میدان جریان حرکت کرده و بر روی یکدیگر سرعت القاء می کنند. حرکت هر ورتکس ناشی از سرعت پتانسیل سیال بعلاوه مجموعه سرعت های لحظه ای القاء شده توسط ورتکس های دیگر و تصاویر آنها در مرکز ورتکس مورد نظر می باشد. به همین ترتیب سرعت لحظه ای در هر نقطه دلخواه از سیال نیز با استفاده از سرعت های لحظه ای القاء شده توسط ورتکس ها، تصاویر آنها و جریان پتانسیل عبوری از آن نقطه بدست می آید. در این مقاله تعدادی حباب با قطر کم در ورود به یک کانال با اتصال رها شده و سپس با استفاده از توزیع سرعت لحظه ای سیال (فاز مایع) به ازای دبی های مختلف در دو شاخۀ خروجی اتصال و معادله کمکی حرکت حباب، سرعت و موقعیت هر حباب در لحظه بعدی محاسبه می شوند. معادله کمکی معادله نیوتن بوده ونیروهای مؤثر بر حباب نیروی ناشی از گرادیان فشار، نیروی جرم اضافه شده ، نیروی درگ، نیروی شناوری،و نیروی لیفت می باشند. پس از تزریق حباب ها سرعت لحظه ای و مسیر حباب ها و نرخ جدایی فازها در دو شاخه خروجی اتصال T محاسبه شدند. این محاسبه به ازای دبی های مختلف توزیع شده در دو شاخۀ خروجی اتصال انجام گرفت. اگرچه هرگز نمی توان مسیر لحظه ای حباب ها را با یک مرجع (اگر موجود باشد( قیاس نمود اما در عوض نرخ جدایی فازها را می توان با نتایج تجربی مقایسه کرد. این مقایسه نشان داد که نرخ جدایی محاسبه شده با نتایج تجربی Seeger تطابق خوبی داشته و بیان می کند که دو فاز در دو شاخه خروجی اتصال T بطور یکسان توزیع نمی شوند. همچنین دیده شد که با تزریق حباب ها در یک نقطه اما در لحظه های مختلف، مسیرهای آن ها هرگز یکسان نیستند زیرا جریان فاز پیوسته )مایع( کاملا"درهم و تصادفی است. عدد رینولدز جریان مایع (فاز پیوسته) Re= 80000در نظرگرفته شده است.