مدلسازی عددی تغییر فاز مایع-جامد با نرم افزار openfoam
چکیده
تشکیل یخ بر روی سطحی جامد که دمای آن پایین تر از دمای انجماد آب است و همچنین شکل مرز یخ، اثرات مهمی در مسائل مختلف داشته و تعیین موقعیت مرز یخ در طول زمان و تاثیر جریان فاز مایع بر شکل مرز یخ از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. تشکیل یخ یک فرآیند پیچیده شامل انتقال همزمان جرم و حرارت است. حل تحلیلی برای این پدیده ی پیچیده و گذرا غیرممکن می باشد و همچنین ابزار آزمایشگاهی پرهزینه برای شناخت فرآیند تشکیل یخ لازم است. روش آنتالپی-تخلخل به طور معمول برای شبیه سازی فرآیند انجماد مواد با خواص ترموفیزیکی مشابه در دو فاز مایع و جامد استفاده می شود. در این پژوهش با توجه به تغییرات عمده خواص ترموفیزیکی آب در هنگام تشکیل یخ، روش مذکور با تعریف و اعمال توابعی بر حسب خواص ترموفیزیکی و ایجاد تابعی پیوسته برای تبیین کسر حجمی مایع، توسعه داده شده است. نتایج حاصل از شبیه-سازی با این روش پیشنهادی، برای مساله انجماد داخل یک حفره مربعی با نتایج موجود تجربی و عددی مقایسه شده است. تشکیل دو گردابه و عمود ماندن مرز فاز جامد بر دیواره پایینی در فرآیند رشد یخ، موفقیت مدل مذکور و همچنین کد ایجاد شده در نرم افزار کد باز اوپن فوم را در مقایسه با تحقیقات مشابه تائید می کند. مقایسه نتایج نشان دهنده پیش بینی بهتر شکل مرز جامد و 3% بهبود متوسط نسبت به شبیه سازی های عددی اخیر می باشد.