شبیه سازی عددی ارتعاشات اجباری حباب در داخل محفظه ای از مایع با استفاده از روش حجم سیال
Abstract
در این پروژه رفتار ارتعاشی یک حباب در داخل محفظه ای مملو از مایع تحت تاثیر یک تحریک نوسانی پیوسته خارجی با استفاده از روش حجم سیال به صورت عددی شبیه سازی شده است. کاربرد اصلی این فرآیند در بررسی اثر ارتعاشات نامطلوب خارجی بر روی سفینه ها و راکت های فضایی است. ابتدا محفظه ی مایع با استفاده از یک هندسه ی دوبعدی تقارن-محوری به صورت استوانه ای و سپس در شبیه سازی سه بعدی به صورت یک مکعب مستطیل مدل شده است. برای حل معادلات مومنتوم و پیوستگی حاکم بر مساله از روش تجزیه ی دومرحله ای استفاده شده است. همچنین، برای ردیابی سطح آزاد حباب و مدلسازی آن از روش حجم سیال استفاده شده است.در شبیه سازی سه بعدی، شرایط مرزی سرعت در ناحیه ی فصل مشترک حباب و مایع بهبود داده شدند تا بدین وسیله ناپایداری ها و اعوجاجات نامطلوب سطحی حباب به حداقل برسند.برای سنجش میزان اعتبار نتایج عددی، این نتایج با چندین مورد از نتایج آزمایشگاهی و عددی موجود در منابع مختلف مقایسه شده اند. مطابق اعتبارسنجی های انجام شده، نتایج عددی دوبعدی و سه بعدی پژوهش حاضر انطباق مناسبی با نتایج آزمایشگاهی و عددی موجود در منابع دارند. براساس نتایج به دست آمده، پاسخ ارتعاشی حباب به تحریک ارتعاشی خارجی دارای یک پاسخ دوره ای پایا و یک پاسخ دوره ای گذرا است. نتایج به دست آمده در پژوهش حاضر نشان می دهد، در صورتیکه در شرایط بی وزنی، رابطه ی ?(bo/re) (?(a/d))_^0.9>5×?10?^(-4) بین اعداد بدون بعد حاکم برقرار باشد، پدیده ی متلاشی شدن حباب اتفاق می افتد. وجود جاذبه باعث افزایش آستانه ی متلاشی شدن حباب می گردد.همچنین با افزایش چگالی مایع اطراف حباب، دامنه ی پاسخ ارتعاشی حباب افزایش می یابد. در صورتیکه شعاع مقطع محفظه ی مایع 3 برابر شعاع اولیه ی حباب در نظر گرفته شود، تاثیر دیواره های اطراف محفظه بر روی رفتار ارتعاشی حباب به حداقل می رسد. همچنین اگر دیواره های اطراف حباب به اندازه ی کافی از آن دور باشند، شکل اولیه ی محفظه تاثیری بر روی پاسخ ارتعاشی حباب نخواهد داشت.