شبیه سازی جریان های چند جزئی به کمک مدل شان-چن روش شبکه بولتزمن

جریان های چند فازی و جریان های حاوی سطح مشترک، بخش مهمی از مسائل سیالات را به خود اختصاص می دهد. ازجمله جریان های حاوی سطح مشترک، می توان به سیالات چند جزئی مثل آب و روغن و جریان های چند فازی مثل هوا و سوخت مایع درون فرایندهای احتراق اشاره کرد. تعداد قابل توجهی از روش های عددی بر پایه دینامیک سیالات محاسباتی سنتی و روش شبکه بولتزمن، وجود دارند که به کمک آن ها می توان جریان های چند فازی را شبیه سازی نمود. مدل شان-چن ، معمول ترین مدل در زمینه شبیه سازی جریان های چندجزئی به کمک روش شبکه بولتزمن است. انعطاف پذیری بالا در اعمال برنامه های کامپیوتری، تشخیص سطوح مشترک به صورت خودکار و سادگی این مدل از دلایل محبوبیت این مدل در بین پژوهشگران است. اما عدم تنظیم کشش سطحی به طور مستقیم و عدم توانایی مدل در شبیه سازی جریان چند جزئی در نسبت های چگالی بالا، لزوم مطالعه و تولید مدل های جدید را آشکار می سازد. در این تحقیق، با استفاده از مدل شان-چن ابتدا پدیده تجزیه خودکار فازها و آزمایش تبدیل حباب مربعی به دایره به منظور تایید صحت برنامه کامپیوتری به کار گرقته شده است. در ادامه با توجه به عدم تنظیم کشش سطحی به طور مستقیم، آزمون لاپلاس به منظور تعیین کشش سطحی انجام شده است. همچنین توانایی مدل شان-چن در شبیه سازی زاویه تماس قطره بر روی سطح جامد بررسی شده است. به عنوان مسئله اصلی در این کار، شبیه سازی صعود قطره بر اثر نیروی شناوری مورد توجه قرار گرفته است. نتایج صعود قطره از اعداد اتوس 5 تا 110 ارائه شده است. در ادامه نحوه صعود قطره در نزدیکی دیواره کانال، نشان داده شده است. نتایج نشان می دهد که قطره به مرور زمان به مرکز کانال نزدیک می شود. همچنین تاثیر نیروهای مغناطیسی در صعود قطره مورد بررسی قرار گرفته است. در این بخش ابتدا تاثیر عدد هارتمن در نحوه صعود قطره و در ادامه تاثیر زاویه میدان مغناطیسی بر آن مورد بررسی قرار گرفته است. بعلاوه برخورد متقابل دو قطره در حضور و یا عدم حضور نیروی مغناطیسی بررسی شده است.