مطالعه دینامیک برخورد قطرات به روش شبکه بولتزمن چندفازی با استفاده از روش اعمال نیروی اختلاف دقیق و زمان آرامش چندگانه

در این مقاله، دینامیک برخورد دو قطره حاصل از اسپری با استفاده از روش شبکه بولتزمن چندفازی مورد مطالعه قرار گرفته است. اندرکنش بین دو فاز گاز و مایع با استفاده از مدل چندفازی شان-چن و با اعمال روش نیروی اختلاف دقیق شبیه سازی شده است. در اعمال نیروی حاصل از اندرکنش بین دو فاز با استفاده از مدل شان-چن استاندارد، نسبت چگالی و لزجت جریان نمی توانند بصورت مستقل کنترل شوند. اعمال روش نیروی اختلاف دقیق در تحقیق حاضر سبب عدم وابستگی نسبت چگالی از مقدار زمان آرامش شده و امکان کنترل چگالی فازهای گاز و مایع را بصورت مستقل از لزجت جریان فراهم می کند. با توجه به ناپایداری حل عددی روش شبکه بولتزمن استاندارد در شبیه سازی جریان های چندفازی در فیزیک پیچیده برخورد قطرات، در این تحقیق از روش زمان آرامش چند گانه استفاده شده تا از پایداری حل عددی اطمینان حاصل شود. همچنین استفاده از زمان آرامش چندگانه امکان شبیه سازی فیزیک های با اعداد رینولدز بالاتر را فراهم می سازد. الگوریتم عددی توسعه داده شده برای حل جریان دوفازی دینامیک یک قطره در میدان حل متناوب با بررسی قانون لاپلاس اعتبارسنجی شده است. دینامیک به هم پیوستن دو قطره کنار هم شبیه سازی شده و نتایج حاصل از آن با نتایج موجود مقایسه شده است. با اطمینان از صحت و دقت الگوریتم عددی، دینامیک برخورد قطرات حاصل از اسپری در شرایط مختلف مورد مطالعه قرار گرفته و فیزیک آنها بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که استفاده از اعمال روش نیروی اختلاف دقیق در کنار زمان آرامش چند گانه موجب بهبود پایداری حل عددی و افزایش توانایی روش در مدل سازی فیزیک های ناپایدارتر در اعداد رینولدز بالاتر و نسبت چگالی های بالا می شود. الگوریتم حاضر به خوبی قابلیت شبیه سازی دینامیک قطرات حاصل از اسپری را دارا بوده و توسعه آن برای شبیه سازی جریان های چندفازی سه بعدی مدنظر است.