عنوان پایان‌نامه
حل میدان جریان دوفازی با استفاده از روش Lattce-Boltmann
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 38531;کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1390
- تاریخ دفاع
- ۰۹ مهر ۱۳۸۷
- دانشجو
- عباس فخاری کهکی
- استاد راهنما
- محمدحسن رحیمیان
- چکیده
- چکیده هدف اصلی این پایان‌نامه شبیه‌سازی تغییر شکل و واپاشی قطره مایع در معرض جریان یکنواخت گاز در مختصات کارتزین دوبعدی، با استفاده از روش بولتزمن شبکه‌ای می‌باشد. برای شبیه‌سازی جریان دوفازی از دو مدل استفاده شده است؛ مدل اول که متداولتر و شایعتر است، مدل پیشنهادی شان و چن در سال 1993 می‌باشد. با توجه به محدود بودن این مدل به نسبت چگالی حدود یک، مدل دیگری که توسط هی و همکاران در سال 1999 پیشنهاد شده نیز بکار گرفته شده است. کدهای نوشته شده هر دو روش، توسط بررسی قانون لاپلاس برای قطره ساکن و رهاسازی یک قطره مربعی شکل ارزیابی شده و نتایج خوبی حاصل گردیده است. حالتهای متنوع تغییر شکل و فروپاشی قطره که شامل تغییر شکل نوسانی، فروپاشی ارتعاشی، واپاشی چندحالتی، و فروپاشی برشی می‌باشد، شبیه‌سازی شده و با مشاهدات تجربی مقایسه شده است. همانطور که انتظار می‌رود، در اعداد وبر پائین نیروهای کشش سطحی غالب بوده و قطره تمایل به حفظ شکل اولیه خود دارد (تغییر شکل نوسانی). با افزایش عدد وبر به ترتیب شاهد فروپاشی ارتعاشی، فروپاشی چند حالتی، و فروپاشی برشی خواهیم بود. از طرفی اثر نسبت لزجت نیز بررسی شده و نتایج مربوط به حالت حدی کشش سطحی صفر نیز ارائه شده است. همچنین زمان فروپاشی قطره محاسبه شده و نتایج عددی با مشاهدات تجربی مقایسه شده است. برای جامعتر بودن مطلب، سقوط قطره مایع تحت نیروی جاذبه نیز شبیه‌سازی شده است. دیده می‌شود که در اعداد اتووس کوچک تغییر شکل قطره کم بوده و با افزایش عدد اتووس نرخ تغییر شکل افزایش می‌یابد. به ازای اعداد اتووس بقدر کافی بزرگ شاهد فروپاشی قطره خواهیم بود. با افزایش عدد اتووس به ترتیب تغییر شکلهای کوچک، فروپاشی ارتعاشی، فروپاشی کیسه‌ای، فروپاشی چند حالتی، و درنهایت فروپاشی برشی اتفاق می‌افتد. همچنین اثر عدد آنسرج بر روی تغییر شکل قطره بررسی شده و نتایج عددی مربوط به مقدار کشش سطحی صفر نیز آورده شده است.
- Abstract
- Abstract In the present study, the Lattice Boltzmann method is used to simulate deformation and breakup of a liquid drop exposed to a uniform gas stream in a two dimensional Cartesian coordinates. In order to simulate two-phase flow, two models are used. The first one which is more usual and widespread is proposed by Shan and Chen (1993). With respect to the restriction of the model to the density ratio of about one, another model proposed by He et al. (1999) is implemented too. The written codes of both of the methods are examined by investigation of Laplas law for static drops and relaxation of a square droplet, and good results are obtained. Various modes of deformation and fragmentation of drop, including oscillatory deformation, vibrational breakup, multimode breakup, and shear breakup are simulated and compared to the experimental observations. As expected, at low Weber numbers surface tension forces are dominant and the drop tends to retain its original shape (oscillatory deformation). By increasing the Weber number we are witness to the vibrational breakup, multimode breakup, and shear breakup, respectively. On the other hand, the effect of viscosity ratio is investigated and the results of the limiting case of zero surface tension are also shown. The breakup time of the drop is also calculated and the numerical results are compared to the experimental observations. For the sake of generality, falling droplet under gravitational forces is also simulated. It is seen that at low E?tv?s numbers, deformation of the drop is small and with the increase of E?tv?s number, the rate of deformation is enhanced. For large enough E?tv?s values, we can observe the breakup of the drop. By increasing the E?tv?s number, small deformations, vibrational breakup, bag-breakup, multimode breakup, and shear breakup mechanisms are happened, respectively. Moreover, the stabilizing effect of Ohnesorge number on deformation of the drop is shown and the numerical results of the special case of the drop with zero surface tension are also presented.
