مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

روشی جدید برای دست‌یابی به نسبت چگالی‌های بالا و لزجت‌های کم بر پایه مدل دوفاز شان و چن در شبکه بولتزمن

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی مکانیک گرایش تبدیل انرژی دانشگاه فردوسی مشهد
2 دانشگاه فردوسی
چکیده
در این مقاله یک روش جدید برای دست‌یابی به نسبت‌ چگالی‌های بالا و لزجت‌های کم بر پایه مدل دوفاز شان و چن در روش شبکه بولتزمن ارائه می‌شود. در این روش جدید، نیروی برهمکنش و به دنبال آن تانسور فشار بصورت هدفمند اصلاح می‌شود بطوریکه امکان تنظیم چگالی فازها به منظور تطابق با مقادیر متناظر ترمودینامیکی حاصل از قانون مساحت‌های برابر ماکسول فراهم می‌گردد. این موضوع سبب افزایش قابل ملاحظه پایداری و در نتیجه دست‌یابی به اهداف مذکور می‌شود. از مزایای این روش، سادگی و یکسان بودن روند بکارگیری آن در مسائل دو و سه بعدی با استفاده از توابع برخورد یک زمانه یا چند زمانه است. به منظور اعتبارسنجی این روش، ابتدا تطابق مقادیر چگالی فازها در دماهای زیربحرانی مختلف با مقادیر متناظر حاصل از قانون ماکسول نشان داده می‌شود، سپس صحت قانون لاپلاس برای قطره بررسی می‌گردد، در ادامه مقدار سرعت‌های ساختگی پیرامون سطح منحنی قطره بررسی شده و در نهایت مسئله شکستن سد مایع شبیه‌سازی و نتایج آن با داده‌های آزمایشگاهی مقایسه می‌شود. نتایج نشان از پایداری بالا و توانایی مدل بهبود داده شده برای شبیه‌‌سازی مسائل مختلف جریان دوفاز در محدوده وسیعی از نسبت چگالی‌ و لزجت دارد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

A new method to reach high-density ratios and low viscosities based on the Shan-Chen multiphase model in lattice Boltzmann method

نویسندگان English

Soroush Fallah kharmiani 1
Mohammad Passandideh-Fard 2
1 faculty of mechanical engineering, ferdowsi university of mashhad
2 ferdowsi university
چکیده English

In this paper, a new method is proposed to reach high density ratios and low viscosities based on the Shan-Chen multiphase model in the lattice Boltzmann Method. In this new method the interaction force and as a result the pressure tensor is modified purposefully so that the density of the phases can be adjusted to coincide the corresponding values from the Maxwell equal area rule in thermodynamics. This leads to higher stability and therefore the mentioned purposes are achieved. This new method takes advantage of simplicity and the same implementing procedure in 2D and 3D problems with single or multi relaxation time collision operators. In order to validate the new method, first the coexistence densities of the phases at different subcritical temperatures are compared with those of the Maxwell rule, then the validity of the Laplace law for a droplet is evaluated, after that the spurious velocities around the droplet are evaluated, and finally the broken dam problem is simulated and its results are compared with an experimental data. Results show that the developed model is properly stable and is capable of simulating different multiphase flows at a wide range of density ratios and viscosities.

کلیدواژه‌ها English

Lattice Boltzmann
Shan-Chen
high density ratio
Low viscosity