شبیه سازی اثرات میدان جریان در تغییر شکل قطره در حال سقوط در هوا
چکیده
در تحقیق حاضر جریان دو فازی قطره ای مورد بررسی قرار گرفته است. جریان مورد مطالعه آرام و تراکم ناپذیر است. هدف اصلی این پژوهش مطالع? عددی الگوهای جریان ایجاد شده هنگام سقوط قطره در هوا و همچنین برخورد آن به سطوح مختلف است که به نوعی مدل سازی اسپری محسوب می شود. شبیه سازی ها برای تسخیر سطح مشترک، با استفاده از نرم افزار متن باز اوپن فوم (نوشته شده توسط openfoamltd)، در چارچوب دینامیک سیالات محاسباتی (cfd)، انجام شده است. روش عددی به کار گرفته شده، از روش حجم محدود استفاده می کند که با استفاده از الگوریتم پیزو، معادلات ناویر- استوکس حل شده و میدان سرعت و فشار بدست می آید. مدل تعقیب سطح مشترک به کار رفته در این نرم افزار مدل حجم سیال (vof) است. نوآوری روش عددی به کار رفته در این نرم افزار، افزودن ترم جابجایی به معادله است. این ترم بعنوان ترم مصنوعی تراکمی در معادل? انتگرالی است که برای خنثی کردن تاثیر دیفیوژن عددی اعمال می شود. با توجه به مشخصات فیزیکی قطره و محیط پیوست? اطراف آن، تغییر شکل های گوناگونی در طول سقوط قطره ایجاد می شود. این تغییرشکل ها برای گستر? وسیعی از اعداد بدون بعد اتووس و مورتون توصیف شده است. نتایج بدست آمده تطابق خوبی با کارهای تجربی در دسترس داشته اند. یکی از پارامترهای مهم در حرکت قطره ضریب پسای وارد بر قطره است که تاثیر زیادی بر سرعت حرکت قطره دارد. بررسی ها نشان داد که افزایش قطر کاهش این ضریب را به همراه دارد. از جمل? مسائل مطرح در زمین? جریان قطره ای، وجود گرادیان فشار جهت متلاشی کردن قطره است. به همین جهت تغییرات فشار در مدت زمان متلاشی شدن قطره بررسی شد. علاوه بر این برخورد قطره به سطح و به لایه ای نازک از سیال هم جنس خود، بعنوان فرایندی که همواره در صنعت با آن مواجه می شویم، مورد توجه قرار گرفت. نشان داده شد ویسکوزیت? سیال در تعیین نوع الگوی برخورد قطره تاثیرگذار است. مدل های بسیاری جهت پیش بینی رفتار قطره هنگام برخورد به سطح وجود دارد. در این پژوهش با کدنویسی برخی از مدل های رایج در این زمینه، هر یک از این مدل ها بررسی شد. به طور کلی پدیده های کلی حاکم بر جریان به خوبی مدل سازی و پیش بینی های صحیحی در مقایسه با نتایج تجربی حاصل شد. شبیه سازی های عددی جریان های مختلف مربوط به اسپری قطرات، به کمک روش های تئوری، درک جزئیات دینامیک جریان را امکان پذیر می سازد. مشخصاً نتایج عددی جزئیات جریان را که در آزمایش ها دور از دسترس هستند، آشکار می کند و داده هایی برای تعریف الگوهای جریان و تحلیل آنها بدست می آید.