شبیه‌سازی فرآیند انحلال ذرات جامد در میدان برشی با استفاده از ترکیب روش شبکه بولتزمن- نمایه‌هموار غلظتی

در مطالعه حاضر ترکیب روش شبکه بولتزمن با روش نمایه‌هموار غلظتی برای شبیه‌سازی انحلال ذرات جامد دایره‌ای بین صفحات موازی که خلاف جهت همدیگر در حرکت هستند به کار برده شد. شبیه‌سازی هیدرودینامیکی سیال بر پایه روش شبکه بولتزمن تک‌زمانه انجام گرفت و از معادله جابجایی نفوذ برای تعیین غلظت جسم حل‌شده درون فاز مایع استفاده شد. علاوه بر این روش نمایه‌هموار برای محاسبه شرط مرزی عدم لغزش در سطح تماس ذره سیال و همچنین نیروهای غلظتی به کار برده شد. برای ارزیابی دقت مدل ارایه شده، نتایج شبیه‌سازی با داده‌های تجربی موجود در منابع مورد مقایسه قرار گرفت. اختلاف بین نتایج حاصل از شبیه‌سازی و داده‌های تجربی برای عدد شروود در عدد پکلت متفاوت کمتر از 2% بود. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که کمترین زمان انحلال در سیستم‌های با درصد حجمی‌های متفاوت مربوط به سیستمی با کمترین درصد حجمی است. با افزایش درصد حجمی درون سیستم، نیرومحرکه انتقال جرم درون سیستم کاهش می‌یابد. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که با افزایش عدد رینولدز از 0/05 تا 0/38، زمان مورد نیاز برای رسیدن کسر حجمی نرمالیزه شده به 5% مقدار اولیه از0/36ثانیه به 0/17ثانیه کاهش یافت. همچنین با افزایش عدد پکلت از 5/5 تا 115، عدد شروود از1/74 تا4/06 افزایش یافت. علاوه بر این افزایش عدد اشمیت در سیستم منجر به کندتر شدن زمان انحلال می‌شود. سرانجام رفتار سیستم‌های با توزیع متفاوت اندازه ذرات در ورودی بررسی شد.

Simulation of Particles Dissolution Process in Shear Field using Combined Concentration Lattice Boltzmann–Smoothed Profile Methods

In the present study, the combination of concentration lattice Boltzmann method with a smoothed profile method was used to simulate the dissolution of solid circular particles between parallel plates that are moving in opposite directions. The hydrodynamic simulation was performed based on the single relaxation time lattice Boltzmann method and the convectiondiffusion equation was used to determine the concentration of the solute in the liquid phase. Additionally, the smoothed profile method was used to calculate the noslip boundary condition at the liquidsolid interface and concentration forces. To evaluate the accuracy of the proposed model, the simulation results were compared with the empirical data in the literature. The difference between the simulation results and the empirical data for the Sherwood number at different Peclet numbers was less than 2%. The results show that the smallest dissolution time in systems with different volume fractions is in a system with the least volume fraction. As the volume fraction increases, the solidliquid mass transfer driving force is decreased in the system. The simulation results showed that by increasing the Reynolds number from 0.05 to 0.38, the time required to reach the normalized volume fraction to 0.05 of its initial value reduced from 0.36 s to 0.17 s. Also, by increasing the Peclet number from 5.5 to 115, the Sherwood number increased from 1.74 to 4.06. In addition, the increase in the Schmidt number in the system leads to a slower dissolution time. Finally, the polydispersity in the system was studied.