شبیه سازی هیدرودینامیکی بستر سیالی مایع – جامد با سیال غیر نیوتنی قانون توانی با استفاده از روش شبکه بولتزمن و نمایه هموار

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

2 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران

3 کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران

4 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه میبد، میبد، ایران

چکیده

در این تحقیق به کمک روش ترکیبی شبکه بولتزمن و نمایه هموار بستر سیالی مایع-جامد با سیال غیرنیوتنی قانون توانی مدل‌سازی شده است. هندسه بستر کانال استوانه‌ای حاوی ذرات کروی با قطرهای یکسان می‌باشد. مدل هیدرودینامیکی سیال بر مبنای روش شبکه بولتزمنِ باتناگار-گروس-کروک بوده و جهت برقراری شرط عدم لغزش در فصل مشترک جامد – مایع از روش نمایه هموار استفاده شده است. جهت بررسی قابلیت روش مطرح شده در مدل‌سازی بسترهای سیالی غیرنیوتنی، یک نمونه بستر سیالی با 416 ذره به صورت عددی مدل شده و نتایج مدل‌سازی برای یک سیال نیوتنی (آب) و دو سیال غیرنیوتنی قانون توانی به عنوان سیال عامل بستر بررسی و با نتایج تجربی ارائه شده توسط محققان مقایسه گردیده است. ارزیابی‌ها برای حداقل سرعت سیالیت سیالات غیرنیوتنی با رابطه تجربی یو انجام شده، همچنین برای تخلخل و ارتفاع بستر، نتایج مدل‌سازی سیال نیوتنی با رابطه تجربی ریچاردسون-زاکی و سیالات غیرنیوتنی با رابطه میشاس و آلبرچیوا مقایسه شده است، که با توجه به میزان خطای میانگین روابط تجربی استفاده شده در هر مورد توافق خوبی میان نتایج عددی و تجربی مشاهده شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Mehrabi Gohari E., Sefid M., Jahanshahi Javaran E., Soltani Goharrizi A., Hydrodynamic simulation of a liquid–solid fluidized bed using Lattice Boltzmann and smoothed profile methods, Asia‐Pacific Journal of Chemical Engineering, Vol. 12, No. 2, pp. 196-211.2017.
[2]  Lali A., Khare A., Joshi J., Nigam K., Behaviour of solid particles in viscous non-Newtonian solutions: settling velocity, wall effects and bed expansion in solid-liquid fluidied bed, Powder Technology, Vol. 57, No. 1, pp. 39-50, 1989.
[3]  Ladd A. J., Numerical simulations of particulate suspensions via a discretized Boltzmann equation. Part 2. Numerical results, Journal of fluid mechanics, Vol. 271, pp. 311-339, 1994.
[4]  Wang M., Feng Y., Owen D., Qu T., A novel algorithm of immersed moving boundary scheme for fluid–particle interactions in DEM–LBM, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 346, pp. 109-125, 2019.
[5]  Nakayama Y., Yamamoto R., Simulation method to resolve hydrodynamic interactions in colloidal dispersions, Physical Review E, Vol. 71, No. 3, pp. 036707, 2005.
[6]  Bhatnagar P. L., Gross E. P., Krook M., A model for collision processes in gases. I. Small amplitude processes in charged and neutral one-component systems, Physical review, Vol. 94, No. 3, pp. 511, 1954.
[7]  Boyd J., Buick J., Green S., A second-order accurate lattice Boltzmann non-Newtonian flow model, Journal of physics A: Mathematical and General, Vol. 39, No. 46, pp. 14241, 2006.
[8]  Jafari S., Yamamoto R., Rahnama M., Lattice-Boltzmann method combined with smoothed-profile method for particulate suspensions, Physical Review E, Vol. 83, No. 2, pp. 026702, 2011.
[9]  Richardson J., Zaki W., This Week’s Citation Classic, Trans. Inst. Chem. Eng, Vol. 32, pp. 35-53, 1954.
[10]             Chhabra R. P., Comiti J., Machač I., Flow of non-Newtonian fluids in fixed and fluidised beds, Chemical Engineering Science, Vol. 56, No. 1, pp.1-27,2001.
[11]             Machač I., Ulbrichová I., Elson T., Cheesman D., Fall of spherical particles through non-Newtonian suspensions, Chemical Engineering Science, Vol. 50, No. 20, pp. 3323-3327, 1995.