بررسی دقت و پایداری یک مدل بهبودیافته اعمال نیروی بین مولکولی در روش شان و چن برای شبیه‌سازی حباب ساکن واقع در یک میدان دوفازی

این مطالعه به بررسی دقت و پایداری یک مدل بهبود یافته اعمال نیروی بین مولکولی در کنار روش‌های ادغام این نیرو و معادله‌های حالت گوناگون می‌پردازد. برای ارزیابی این مدل از هشت روش نیرودهی و پنج معادله حالت شان-چن، کارنهان-استارلینگ، پنگ-رابینسون، واندروالس و سواو-ردلیچ-وانگ استفاده شد. تاثیر زمان آسایش و دمای کاهیده بر دقت، بازه پایداری و میزان تولید سرعت‌های جعلی حباب مورد بررسی قرار گرفت. در بین مدل‌های ادغام نیرویی روش اختلاف دقیق در کنار روش اعمال نیروی بهبودیافته و همچنین معادله حالت کارنهان-استارلینگ بهترین دقت و بازه پایداری را دارا می‌باشد. نتیجه‌ها نشان می‌دهد که این ترکیب کم‌ترین میزان سرعت‌های جعلی را در میدان ایجاد می‌کند. میزان خطا در مدل بهبودیافته در مقایسه با مدل‌های بین مولکولی موجود به میزان چشمگیری کاهش یافته است، کم‌ترین میزان خطای مدل بهبودیافته در کنار روش ادغام نیرویی اختلاف دقیق و معادله حالت کارنهان-استارلینگ اتفاق می‌افتد که برابر 0.4% می‌باشد. این در حالی است که این خطا در شرایط همانند برای مدل نیرویی بین مولکولی برابر 3.6% است. در زمان‌های آسایش گوناگون، هم زمان بیش‌ترین بازه پایداری و کم‌ترین خطا مربوط به روش اختلاف دقیق می‌باشد. این روش بهترین عملکرد را در بازه زمان آسایش 0.8 تا 1 دارد. کم‌ترین خطای این روش برابر 1.8% است که در کنار معادله حالت کارنهان- استارلینگ و در زمان آسایش 0.8 و  دمای کاهیده 0.54 اتفاق می‌افتد. با مقایسه تغییرهای سرعت‌های جعلی روش‌های معرفی شده در بازه زمان آسایش 0.57 تا 2 مشخص شد که سرعت‌های جعلی همواره با کاهش دمای کاهیده افزایش پیدا می‌کنند.

investigation accuracy and stability of modified inter-particle interaction forcing scheme in shan and chen method for simulating stationary bubbles in multiphase flow

the current study investigated the accuracy and stability of an improved inter-particle interaction force term by incorporating force methods and different equations of state. in order to evaluate, eight schemes for incorporating the force term and five equations of state, shan and chen (s-c), carnahan-starling, peng-robinson (p-r), van der waals (vdw), and soave-redlich-kwong (srk), are utilized. furthermore, affections of relaxation time and reduced temperature on accuracy, stability, and amount of spurious velocities are considered. among several methods of incorporating the force term, the exact difference method with an improved model and carnahan-starling equation of state is shown to have better accuracy and stability and can give more accuracy with spurious velocities which have been greatly reduced. compared with existing models, the improved model for the inter-particle interaction force term reduced the error of simulation, the minimum error rate accrued for the improved model with the exact difference method of incorporating force term and carnahan-starling equation of state and its value is equal to 0.4% while in the identical condition this error rate for equation (9) inter-particle interaction force term is 3.6%. subsequently, in different relaxation times, a maximum range of stability and accuracy occurred for the exact different method which has better operation in a range of 0.8 to 1 relaxation time. the minimum error of this method with the carnahan-starling equation of state in relaxation time 0.8 and reduced temperature 0.54 is 1.8%. by comparing the variation of spurious velocities in the range of 0.57 to 2 relaxation time is demonstrated spurious velocities are increased when temperature decreased.