بررسی س.سپانسیون غلیظ تحت جریان پواسل با عدد رینولدز محدود در حالت سه بعدی

حرکت قطرات غوطه ور در داخل کانال ها و لوله ها، کاربردهای عملی زیادی دارد و در بازه وسیعی از فعالیت های صنعتی دیده می شود. در این رساله، مطالعه سه بعدی سوسپانسیون قطرات در جریان پواسل در یک کانال پریودیک و در اعداد رینولدز محدود انجام شده است. حل کامل معادلات ناویر استوکس که در بر گیرنده کشش سطحی است با استفاده از روش اختلاف محدود/ ردیابی قطرات صورت گرفته است. این روش بر مبنای نوشتن یک دسته معادله بقا برای کل دامنه حل است. به گونه ای که هر دو فاز به صورت یک سیال با خواص مادی متغیر رفتار می کند. روش توصیف شده و بکار رفته در این پایان نامه، ترکیبی از تکنیک های تسخیر و ردیابی قطره است. یک شبکه ساکن منظم برای جریان سیال استفاده می شود اما سطح مشترک با استفاده از یک شبکه مجزا با بعد پایین تر ردیابی می شود. به منظور تحلیل رفتار سوسپانسیون در اعداد رینولدز محدود، جملات جابجایی به معادلات ناویر استوکس افزوده شده است. اگر نسبت چگالی قطره به سیال بیرونی برابر یک باشد، از یک کد fishpack که حل کننده سریع پواسون است برای حل معادله فشار استفاده شده، در حالی که اگر نسبت چگالی مخالف یک باشد، از یک کد چند شبکه ای mudpack استفاده شده است. مهاجرت عرضی یک قطره و حرکت سوسپانسیون متشکل از تعداد زیاد قطرات در جریان پواسل به صورت سه بعدی مورد مطالعه قرار گرفته و تأثیر پارامترهای بدون بعد نظیر عدد رینولدز، عدد کاپیلاری، نسبت چسبندگی، نسبت چگالی و کسر حجمی بررسی شده است. برای شبیه سازی سوسپانسیون متشکل از تعداد زیاد قطرات، از نسخه پردازش موازی کد استفاده شده است. شبیه سازی یک قطره در غیاب نیروی جاذبه در اعداد رینولدز محدود نشان داد که قطره شکل پذیر، در هر موقعیت اولیه ای که قرار داشته باشد به یک موقعیت تعادل بین مرکز و دیواره مهاجرت می کند ( اثر سگر سیبربرگ)، اما قطره با نیروی جاذبه، الگوی جریان پیچیده تری دارد که وابسته به اندازه نیروی شناوری است. شبیه سازی سوسپانسیون تعداد زیاد قطرات نشان داد که برای قطرات با شکل پذیری زیاد (عدد کاپیلاری زیاد)، یک مقدار ماکزیمم برای توزیع چگالی در مرکز کانال بدست می آید در حالیکه قطرات تقریباً کروی (عدد کاپیلاری کم)، به سمت موقعیت تعادلی بین مرکز و دیواره کانال حرکت می کنند. چسبندگی موثر سوسپانسیون با افزایش عدد کاپیلاری کاهش، و با افزایش عدد رینولدز افزایش پیدا می کند. انرژی اغتشاشی جریان در عرض کانال (دمای سوسپانسیون) برای شرایط مختلف محاسبه و مشاهده شد که این انرژی، در مرکز کانال جایی که نرخ برش کم و برخورد قطرات ضعیف است، مینیمم است. هنگامی که از مرکز کانال دور می شویم، انرژی اغتشاشی افزایش می یابد و نزدیک دیواره ها ماکزیمم می شود.