مدلسازی عددی تأثیر متقابل سیال و ذره با استفاده از روش شبکه بولتزمن

پایان نامه حاضر روش سه بعدی شبکه بولتزمن را برای مدل سازی عددی تأثیر متقابل ذرات صلب معلق با میدان جریان ارائه می دهد. محاسبات سه بعدی جریان با استفاده از مدل نوزده بیتی و تک زمانه (d3q19) روش حرارتی شبکه بولتزمن انجام گرفته است و معادله دینامیک نیوتن نیز برای انتقال ذرات صلب معلق حل شده است. نیروهای مورد نیاز در بررسی حرکت ذره با استفاده از روش تبادل مومنتوم محاسبه می شوند. جهت اعتبارسنجی مدل عددی حاضر، چندین مسئله مورد بررسی قرار گرفته است مانند جریان پویزوئیل در دو بعد و سه بعد، جریان حول یک استوانه و کره ساکن و همچنین سقوط یک ذره کروی در یک کانال تحت تأثیر نیروی گرانش. نتایج عددی کلیه این مسائل در تطابق بسیار خوبی با حل های تحلیلی موجود و نتایج آزمایشگاهی می باشند. پس از اعتبار سنجی و تأیید برنامه کامپیوتری تدوین شده، تأثیر ذرات صلب کروی ساکن، متحرک با سرعت ثابت و معلق با حرکت آزاد بر عملکرد هیدرودینامیکی و حرارتی یک میکروکانال مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهند که ذرات بزرگتر نرخ انتقال حرارت و افت فشار بیشتری ایجاد می کنند. ذره ساکن در کانال بیشترین افت فشار و ذره معلق با حرکت آزاد کمترین افت فشار و بیشترین نرخ انتقال حرارت را به دنبال دارد. با افزایش عدد رینولدز نیز نرخ انتقال حرارت و همچنین افت فشار افزایش پیدا می کند. در ادامه برای یک ذره کروی که تحت تأثیر نیروی گرانش در حال سقوط در یک کانال می باشد تأثیر متقابل سیال و ذره بر انتقال حرارت از ذره مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهند که هنگامی که دمای ذره در حین سقوط تغییر می کند، در مقایسه با حالتی که دمای آن ثابت است، ماکزیمم سرعت سقوط نیز افزایش می یابد.