بررسی عددی هیدرودینامیک جریان دوفاز گاز – ذره در رژیم انتقالی
چکیده
با جریان های گازی رقیق شده معمولاً در جریان داخل هندسه های کوچک نظیر mems و در کاربرد های فشار پائین نظیر وسایل در حال پرواز در ارتفاعات بالا و یا در حال کار کردن در خلأ های زیاد مواجه می شویم. این جریان ها با توجه به میزان رقیق شدگیشان به رژیم های جریان متفاوتی تقسیم می شوند. در جریان گازهای رقیق دو رژیم لغزشی و انتقالی از اهمیت ویژه-ای برخوردار می باشند. در رژیم لغزشی برهمکنش مولکولی در نزدیکی سطح اثرات خود را نشان می دهد که با اعمال شرایط مرزی لغزشی در معادلات ناویر-استوکس قابل حل می باشند؛ اما در رژیم جریان انتقالی اثرات زیاد برهمکنش مولکولی در کل جریان موجب از اعتبار انداختن معادلات ناویر-استوکس می شود. لذا برای حل جریان در این رژیم باید از روش های مولکولی استفاده شود. در پایان نامه حاضر به تحلیل جریان بر روی کره سه بعدی در رژیم های لغزشی و انتقالی پرداخته ایم. در بخش اول به جهت درک هر چه بهتر تاثیرات وابستگی دمایی خواص سیال و طول مشخصه جریان بر روی هیدرودینامیک ، جریان حول یک میکرو کره سه بعدی و غیر مقید در رژیم لغزشی شبیه سازی شده است. شروط مرزی لغزشی اعم از سرعت لغزشی و پرش دمایی به صورت عددی در معادلات ناویر-استوکس اعمال شده و خواص سیال از قبیل چگالی، ویسکوزیته، ضریب هدایت رسانایی و طول پویش آزاد مولکولی با دما متغیر در نظر گرفته شده است. اثرات خواص متغیر و تغییرات عدد نیودسن بر روی مومنتوم جریان مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که در جریانات میکرو با نرخ انتقال حرارت بالا فرض خواص ثابت، فرضی خام و ابتدایی می باشد. همچنین در اختلاف دماهای بالاتر بین سطح و سیال، به دلیل افزایش ویسکوزیته، نتایج ضریب درگ بیشتری را نشان می دهند. لذا فرض خواص ثابت منجر به تخمین پایین تری از ضریب درگ می شود. این تفاوت در ضریب درگ به علت اختلاف دما، در رینولدزهای کم که اهمیت خاصی در جریان های دوفاز گاز-جامد در ابعاد میکرو دارد، مشهودتر می باشد. همچنین نتایج نشان می دهد که با افزایش عدد رینولدز، وابستگی ضریب درگ به عدد نیودسن کاهش می یابد. در بخش دوم رژیم جریان سه بعدی انتقالی ماورای صوت روی یک کره با استفاده از روش dsmc مورد مطالعه قرار گرفته است. از کد dsmcfoam به عنوان حلگر مسئله استفاده شده، مدل کره سخت متغیر برای برخورد بین مولکولی و مدل دیواره پخشی برای برخورد مولکول با سطح در نظر گرفته شده اند. بررسی گسترده و جامعی روی پارامترهای موثر بر هیدرودینامیک جریان در رژیم انتقالی صورت گرفته است. به عنوان مثال مشاهده شد که با افزایش عدد نیودسن ضریب درگ افزایش می یابد و با افزایش عدد ماخ ضریب درگ کاهش می یابد. در قسمت پایانی این تحقیق به بررسی تاثیر ارتفاع پرواز بر پارامترهای هیدرودینامیکی پرداخته ایم تا تاثیر همزمان تغییرات عدد ماخ و نیودسن را در نظر بگیریم. نتایج نشان می دهد که در طی مسیر فرود وسایل پروازی ماورای صوت ضریب درگ کاهش می یابد.