شبیه‌سازی عددی تغییر شکل قطره تحت جریان برشی با استفاده از مدل انرژی آزاد روش شبکه بولتزمن

چکیده مقاله

چکیده : مطالعه دینامیک جریان‌های چندفازی-چندجزئی به علت اهمیت اقتصادی و کاربردهای وسیع آنها، در مهندسی مثل صنایع نفت و پتروشیمی، شبیه سازی اسپری‌ها و دینامیک قطرات و حباب‌ها و غیره، یکی از مسائل پر اهمیت در مکانیک سیالات است. روش شبکه بولتزمن در سال‌های اخیر به طرز موفقیت آمیزی به منظور شبیه‌سازی گستره وسیعی از مسائل جریان چندفازی و محیط متخلخل به کار گرفته شده است. برای چنین شبیه‌سازی‌هایی، مدل‌های چندفازی متعدی بر پایه روش شبکه بولتزمن ارائه شده است، که تمام آنها به سه دسته مدل‌های گرادیان رنگ، انرژی آزاد و شان-چن تقسیم می‌شوند. در کار حاضر از مدل انرژی آزاد ژنگ و همکاران استفاده شده است. لذا پس از صحت سنجی برنامه عددی نشان داده شده است که این مدل که بر خلاف دیگر مدل‌های انرژی آزاد مرسوم، مدل انرژی آزاد استفاده شده قادر به حذف اثرات غیرفیزیکی نامتغیر گالیله است. به‌علاوه تغییر شکل و تجزیه قطرات بر اثر جریان برشی ساده به کمک مدل انرژی آزاد شبیه‌سازی شده است که نتایج نشان می‌دهد مدل انرژی آزاد قادر است در گستره وسیعی از اعداد رینولدز و کپیلاری این مسئله را به خوبی شبیه‌سازی کند.