توسعه یک الگوریتم تعقیب سطح فاصل برای شبیه سازی عددی جریان دوفازی لایه ای به روش حجم محدود فشارمبنا

جریان های دوفازی و چندفازی از انواع پرکاربرد جریان ها در علوم مهندسی سیالات محسوب می شوند. از جمله مسائل کاربردی در این زمینه، جریان دوفازی لایه ای است که در اثر قرارگیری دو سیال غیرقابل اختلاط در مجاورت هم ایجاد می شود. در این نوع از جریان، خواص سیال می تواند به طور ناگهانی در سطح فاصل یا جداکننده دو سیال تغییر کند. از جمله چالش های مهم در شبیه سازی عددی جریان دوفازی لایه ای تعیین دقیق موقعیت سطح فاصل است. پژوهش حاضر توسعه یک الگوریتم تعقیب سطح فاصل بر مبنای رهیافت اویلری - لاگرانژی اختیاری به روش مرکزسلول و فشارمبنا با حلگر کوپل را ارائه می دهد. برای بررسی صحت عملکرد این الگوریتم، حل تحلیلی جریان دوفازی لایه ای تحت تاثیر نیروی گرانش استخراج و سپس نتایج شبیه سازی عددی این جریان در حالات گوناگون با حل تحلیلی مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان از دقت بسیار خوب نتایج، با وجود استفاده از شبکه ای نسبتا درشت و یکنواخت، دارد. تغییرات زمانی موقعیت سطح فاصل تا رسیدن به حالت پایا نشان می دهد که هرچه اختلاف خواص دو سیال (به ویژه لزجت) بیشتر باشد، امواج پیش رونده حاصل از برخورد دو سیال نیز بزرگتر می شود. بررسی اثر نیروی گرانش نیز نشان می دهد که نیروی گرانش مثبت سبب کاهش ضخامت سیال سنگین تر و نیروی گرانش منفی موجب افزایش آن نسبت به حالت نیروی گرانش صفر می شود. البته میزان تغییر ضخامت در نیروی گرانش مثبت بسیار بیشتر از نیروی گرانش منفی است.

کلیدواژه ها:

جریان دوفازی لایه ای ، تعقیب سطح فاصل ، حلگر کوپل ، نیروی گرانش ، نسبت دبی