شبیه سازی عددی جریان چند جزیی به کمک روش شبکه بولتزمن

شبیه سازی جریان های چند فازی، با توجه به کاربرد زیاد آنها در صنعت، از جمله مهمترین مسایل روز مهندسی مکانیک هستند. به منظور شبیه سازی رفتار سیتم های چند جزیی از مدل چند جزیی شبکه بولتزمن شان-چن استفاده شده است. با انجام شبیه سازی قطره وارد شده در محیط پریودیک از سیال فاز دوم مشخص شد، این مدل قادر به شبیه سازی رفتار سیستم های چند فازی با نسبت دانسیته بیش از یک بین دو سیال نیست. با بررسی دقیق معادلات حاکم بر مدل فوق و شناسایی جملات معادله بولتزمن، و همچنین با مطالعه نیروهای بین مولکولی در سیال های غیر ایده آل، نقاط ضعف مدل چند فازی چند جزیی شان- چن شناسایی شده و تغییرات مناسبی برای بهبود نتایج آن در نیروهای بین مولکولی استفاده شده در این مدل انجام شده است. مدل اصلی شان – چن تنها از یک نیروی بین مولکولی دافعه بین ذرات دو جزء استفاده می کند که فقط در سطح مشترک دو سیال عمل می کند. در مدل جدید، علاوه بر نیروی فوق، نیروهای اندرکنش بین ذره ای جداگانه ای بین ذرات هر یک از سیال ها نیز وارد شده است. افزودن این نیروها معادله حالت هر فاز را تغییر می دهد و موجب خواهد شد مدل عددی سازگاری بیشتری با فیزیک سیالات غیر ایده آل داشته باشد. نتایج حاصل از استفاده مدل جدید برای شبیه سازی قطره وارد شده در سیال دوم نشان می دهد، مدل جدید قادر است بر خلاف مدل شان- چن اصلی، سیتم های چند فازی چند جزیی با نسبت دانسیته بیش از دو را نیز شبیه سازی کند. علاوه بر این، بااستفاده از نیروی بین ذره ای برابر با مدل اصلی شان- چن در مدل جدید، می توان به کشش سطحی بزرگتر نسبت به کشش سطحی مدل شان- چن دست یافت. این در حالی است، که در مدل شان- چن بمنظور دستیابی به کشش سطحی بزرگتر و تنظیم دلخواه آن باید قدرت نیروی اندرکنش بین ذره-ای بین ذرات دو سیال را افزایش داد که خود باعث افزایش سرعت های پارازیتی و ناپایداری مدل عددی می شود. به منظور بررسی توانایی مدل شان- چن در شبیه سازی سیالات چند فازی در مجاورت سطح جامد و خط تماس سیال- جامد- سیال، شبیه سازی قطره قرار گرفته بر روی سطح جامد نیز به کمک این روش انجام شده است. نتایج نشان می دهد، این مدل قادر است زاویه تماس استاتیکی قطره با سطح جامد و رفتار قطره بر روی سطوح با خصوصیات سطح متفاوت از آب دوست تا آب گریز را بخوبی مدل کند.