ارزیابی و مقایسه عملکرد مدل انرژی آزاد وشان-چن روش شبکه بولتزمن در شبیه سازی جریان چندفازی

مطالعه دینامیک جریان های چندفازی-چندجزئی به علت اهمیت اقتصادی و کاربردهای وسیع آنها، در مهندسی مثل صنایع نفت و پتروشیمی، شبیه سازی اسپری ها و دینامیک قطرات و حباب ها و غیره، یکی از مسائل پر اهمیت در مکانیک سیالات است. روش شبکه بولتزمن در سال های اخیر به طرز موفقیت آمیزی به منظور شبیه سازی گستره وسیعی از مسائل جریان چندفازی و محیط متخلخل به کار گرفته شده است. به منظور بررسی صحت برنامه عددی نوشته شده بر پایه مدل انرژی آزاد از آزمونه لاپلاس و تبدیل حباب مربعی به دایره استفاده شده است. در ادامه نشان داده شده است که بر خلاف دیگر مدل های انرژی آزاد مرسوم، مدل انرژی آزاد استفاده شده قادر به حذف اثرات غیرفیزیکی نامتغیر گالیله ای است. به علاوه تغییر شکل و تجزیه قطرات بر اثر جریان برشی ساده به کمک مدل انرژی آزاد شبیه سازی شده است که نتایج نشان می دهد مدل انرژی آزاد قادر است در گستره وسیعی از اعداد رینولدز و کپیلاری این مسئله را به خوبی شبیه سازی کند. به منظور بررسی عملکرد مدل شان-چن، آزمونه تبدیل حباب مربعی برای این مدل نیز انجام شده است. مدل شان-چن اصلی شامل محدودیت های بسیاری است که به صورت خاص می توان به محدودیت آن در تنظیم کشش سطحی و لزجت در یک بازه وسیع نام برد. با توجه به این محدودیت، نشان داده شده است که مدل شان-چن قادر نیست که در یک گستره وسیع اعداد رینولدز و کپیلاری ، تغییر شکل قطره در معرض جریان برشی را شبیه سازی کند. از نظر دقت و پایداری، مدل انرژی آزاد به مراتب وضعیت بهتری نسبت به مدل شان-چن دارد.