بررسی عددی ساختار جریان چرخشی گاز رقیق درون استوانه چرخان پرسرعت با استفاده از روش dsmc

در این پایان نامه جریان گاز رقیق درون استوانه چرخان با روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو و الگوریتم سازگاری بولتزمن مورد بررسی قرار گرفته است. از آن جایی که استوانه با سرعت بالا دوران می کند، جریان گاز درون آن رقیق می باشد. بنابراین بررسی ساختار جریان گاز نیازمند حل میدان جریان رقیق از طریق دنبال نمودن مولکول ها به روش لاگرانژی می باشد. به دلیل بالا بودن عدد نادسن، فرض پیوستگی از بین می رود و صحت و اعتبار معادلات ناویراستوکس مورد تایید نمی باشد. معادله حاکم توصیف کننده جریان گاز رقیق در سطح مولکولی، معادله بولتزمن می باشد. این معادله بیانگر نرخ تغییر تابع توزیع ذره نسبت به مکان، سرعت و زمان می باشد به طوری که برای به دست آوردن آن هیچ گونه فرض پیوستگی به کار نرفته است. یکی از روش های عددی حل معادله بولتزمن، روشdsmc می باشد. در این روش معادله بولتزمن در امتداد زمان به دو بخش شکسته می شود. یک بخش مرتبط به حرکت مولکول ها و بخش دیگر توصیف کننده برخورد بین مولکول ها می باشد. در روش dsmc پروسه حرکت مولکولی و برخورد بین مولکولی به ترتیب به صورت قطعی و احتمالی محاسبه می شود. cba به عنوان روش توسعه یافته dsmc، دارای دو تغییر در پروسه برخورد نسبت به روش dsmc می باشد که باعث افزایش دقت شبیه سازی می شود. در این پایان نامه، شبیه سازی به صورت دوبعدی متقارن محوری و با مدل برخورد بین مولکولی کره سخت متغییر، انجام شده است. سیال کاری گاز آرگون می باشد. نتایج عددی به دست آمده شامل میدان سرعت، عدد چگالی، دما و غیره با حل تحلیلی، نتایج حالت دایم و نتایج روش dsmc به کار گرفته شده توسط برد در سال 1994، مورد مقایسه قرار گرفته است. با گذشت زمان و افزایش تعداد دفعات تکرار در روش dsmc و cba، نتایج عددی حاصل به نتایج تحلیلی و حالت دائم نزدیک تر می شوند. این مقایسه ها حاکی از صحت و دقت بالای روش های عددی به کار رفته در این پایان نامه می باشد.