شبیه سازی عددی دینامیک حباب روی صفحات مورب به روش ترکیبی صید و ردیابی جبهه در گرانش کم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی گلپایگان، گلپایگان، ایران

2 مربی، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی گلپایگان، گلپایگان، ایران

چکیده

در این مقاله، روش ترکیبـی صـید و ردیابی جبهه برای شبیه سازی جریان دو فاز، حرکت حباب درون سیال ساکن استفاده شده است. این روش، برخوردی نو در صید مرزهای سیال روی شبکه ثابت اویلری و استفاده از مفهوم تک میدانی می باشد. روش حاضر برمبنای نوشتن یک دسته معادلات حاکم برای کل  ناحـیه محاسباتی و برخورد با فازهای مختلف، مشابه یک سیال (میدان) با خواص فیزیـکی متفاوت پایه گذاری شده است. در معادلات حاکم جملات مرزی به صورت جملات چشمه مناسب به معادلات اضافه مـی شود. معادلات ناویر- استوکس گذرا با استفاده از روش احجام محدود روی شبکه ای ثابت و با سازمان  برای کل میدان و شبکه بی سازمان المان محدود در مرزهای بین دو فاز حل شده و مرز بین دو فاز (جبهه) توسط نقاط علامت گذاری شده متصل به هم به طور صریح ردیابی می شوند. از برنامه رایانه ای نوشته شده برای شبیـه سازی عددی حرکت حباب در یک مایع لزج در شرایط گرانش متفاوت به ویژه شرایط حدی گرانش صفر استفاده شده است. تغییر کشش سطحـی ناشـی از گرادیان انحنای حباب (مویینگی سیالی) در نقاط مختلف باعث شروع حرکت حتی با عدم وجود نیروی شناوری در گرانش صفر می باشد. شناخت این حرکت در بررسی مسایل دینامیک حباب, به ویژه در جوشش استخری هسته ای در گرانش صفر حائز اهمیت است. در این راستا، نتایج شبیه سازی بدست آمده و برای شرایط متفاوت مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و نقش مویینگی سیالی به عنوان عامل حرکت حباب در غیاب نـیروی شناوری در نتایج بدست آمده بررسی شده است. نتایج شبیه سازی روی صفحه مورب نشان می دهد که رفتار حباب با توجه به یک زاویه بحرانی از حالت لغزشی روی دیوار به حالت جداشدن از دیوار و در نهایت با افزایش زاویه حالت خیز نوسانی خواهد داشت که همخوانی با نتایج تجربی را دارا می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]     Vries A. W., Path and Wake of a Rising Bubble, PhD These, Twent University, 2001.
[2]     Wedlock D. J., Controlled Particle, Droplet and Bubble Formation (Colloid and Surface Engineering), 1994.
[3]     Tryggvason G., Scardovelli R., and Zaleski S., Direct Numerical Simulations of Gas-Liquid Multiphase Flows, Cambridge University Press, Cambridge, England, 2011.
[4]     Esmaeeli A., Tryggvason G., Direct Numerical Simulation of Bubbly Flows, J. Of Fluid Mech. Flows. Vol.377, pp. 313-345, 2001.
[5]     Shin S., Juric D., Simulation of droplet impact on a solid surface using the level contour reconstruction method, Journal of Mechanical Science and Technology Vol23 pp. 2434-2443, 2009.
[6]     Peskin C. S., J. of Comput. Phys., Phys, Vol 25, p220, 1977.
[7]     Muradoglu M., Tryggvason G., Simulations of Soluble Sufactants in 3D multiphase flow, J. of Comput. Phys., Vol. 274, pp. 737-757, 2014.
[8]     Juric D., Tryggvason G., Computations of Boiling Flows, Int. J. Of Multiphase Flow, Vol. 24, NO.3, pp. 387-410, 1998.
[9]     Jauhari, R., Gray, M.R., Masliyah, J.H. "Gas-Solid Mass  Transfer in a Rotary Drum", Canadian Journal of Chemical Engineering, Vol. 72, pp. 840-847, 1994.
Tsao H.-K. and Koch D., Observations of High Reynolds Number Bubbles Interacting with a Rigid Wall, J.  Phys