مطالعه انتقال و رسوب نانوذرات در جریان نانوسیال در فوم‌های متخلخل ورونویی با چگالی حفرات متفاوت به روش اویلر-لاگرانژ با رویکرد مقیاس حفره

شبیه‌سازی جریان در مقیاس حفره با وارد کردن ساختار هندسی دقیق محیط متخلخل، این امکان را فراهم می‌آورد تا بتوان جریان سیال در فوم متخلخل را با دقتی در مقیاس حفرات محیط متخلخل بررسی نمود. هدف از این مطالعه، بررسی تاثیر پارامترهای مختلف نانوسیال و محیط متخلخل بر روی میزان رسوب نانوذرات بر روی سطوح محیط متخلخل است. انتقال و رسوب نانوذرات در فوم‌های فلزی سلول باز با ساختار هندسی ورونوی و تخلخل ثابت %80 به‌صورت عددی بررسی شده است. هندسه فوم‌ها با استفاده از الگوریتم لاگر- ورونوی تولید شده و شبیه‌سازی‌ها با رویکرد اویلری–لاگرانژی در نرم‌افزار متن‌باز اپن‌فوم انجام شده‌ است. در شبیه‌سازی، نیروهای پسا، براونی، گرانش، شناوری و برآ سافمن درنظر گرفته شده‌ است. همچنین، نیروهای واندروالس و دولایه‌ی الکترواستاتیکی برای شبیه‌سازی برهم‌کنش نانوذرات با دیواره محیط متخلخل لحاظ گردیده است. نتایج نشان می‌دهند که با افزایش چگالی حفره از 30 به 60 حفره در اینچ (ppi) سطح تماس افزایش یافته، سرعت جریان کاهش پیدا می‌کند و در نتیجه نرخ رسوب‌گذاری افزایش می‌یابد. به طور کمی، این افزایش چگالی حفره باعث رشد حدود 26.5% در نسبت رسوب نانوذرات شده است. در میان فوم‌های بررسی‌شده، فوم فلزی ورونوی با تخلخل 80% و چگالی حفره ppi 30 کمترین نرخ رسوب‌گذاری و فوم فلزی ورونوی با تخلخل 80% و چگالی حفره ppi 60 بیشترین نرخ رسوب را نشان داده‌اند.

investigating transport and deposition of nanoparticles in voronoi porous foams with various pore densities using euler–lagrange method with pore-scale perspective

pore-scale simulations، by explicitly incorporating the geometrical features of the porous medium، enable accurate examination of fluid flow and particle transport within the foam. the present study numerically investigates nanoparticle transport and deposition in open-cell metallic foams with voronoi-based geometries and a fixed porosity of 80%. foam structures were reconstructed using the laguerre–voronoi algorithm، and simulations were performed with an eulerian–lagrangian framework implemented in the open-source software openfoam. the model accounts for drag، brownian motion، gravity، buoyancy، and saffman lift forces، as well as van der waals and electrostatic double-layer interactions to capture nanoparticle–wall adhesion. results indicate that increasing the pore density from 30 to 60 pores per inch (ppi) enlarges the interfacial area while reducing flow velocity، thereby extending particle residence time and significantly enhancing deposition. quantitatively، this increase in pore density leads to an approximate 26.5% rise in nanoparticle deposition ratio. among the cases examined، the voronoi foam with 80% porosity and 30 ppi exhibited the lowest deposition rate، whereas the foam with 80% porosity and 60 ppi showed the highest