بررسی پدیده جداسازی قطرات با اندازه های مختلف در جریان پواسل دوبعدی در غیاب نیروی گرانش
چکیده
حرکت قطرات شناور در بازه وسیعی از کاربردهای عملی استفاده می شود. این کاربردها شامل جریان نفت و آب داخل لوله ها، بازیابی نفت درون محیط متخلخل، املاح مخلوط در آب و فرآیندهای پلیمری می شود. مهاجرت عرضی ذرات شکل پذیر در جریان پواسل موضوع بسیاری از تحقیقات بوده است. مهاجرت عرضی ذرات شناور در سیال در فرآیندهای انتقالی بسیار مهم است، که در آن ها جرم، مومنتوم و انرژی تغییر می کند. در این تحقیق حرکت عرضی قطرات با اندازه های مختلف در جریان پواسل دوبعدی و در غیاب شتاب جاذبه در اعداد رینولدز محدود، در داخل کانال مورد بررسی قرار گرفته است. این کار به وسیله حل عددی معادلات ناویر- استوکس بدون هیچ فرض ساده شونده-ای و با در نظر گفتن نیروی کشش سطحی برای سیال دوفازی انجام شده است. روش عددی استفاده شده در این تحقیق روش جبهه پیش-رونده (front-tracking) بوده و همچنین برای معادله بیضوی فشار از کد fishpack که یک حلگر سریع معادله پواسون می باشد، استفاده شده است. در تحقیق حاضر تاثیر اعداد بدون بعد مختلف بر جداسازی قطرات، چسبندگی موثر جریان و انرژی اغتشاشی مورد بررسی قرار گرفته است. اعداد بدون بعد جریان شامل عدد رینولدز، کپیلاری، نسبت چسبندگی، نسبت چگالی، کسر سطحی و اندازه بدون بعد قطرات می باشند. پارامترهای بدو بعد نسبت چسبندگی، نسبت چگالی و کسر سطحی در همه شبیه سازی ها ثابت در نظر گرفته شده اند. شبیه سازی ها برای سه حالت مختلف که در آن ها تعداد قطرات موجود در کانال متفاوت می باشند انجام شده است. در هر یک از حالت ها قطرات با دو اندازه مختلف در درون کانال قرار گرفته اند و در آن ها تاثیر پارامترهای مختلف جریان بر جداسازی قطرات با اندازه-های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. در همه شبیه سازی های انجام شده برای دیواره های بالا و پایین شرط عدم لغزش، دیواره های چپ و راست شرط پریودیک در نظر گرفته شده است . از نتایج مهم بدست آمده در تحقیق حاضر این است که با کاهش عدد رینولدز یا اینرسی جریان پدیده جداسازی بیشتر اتفاق می افتد. در واقع با کاهش عدد رینولدز قطرات کوچک به سمت دیواره و قطرات بزرگ به سمت مرکز کانال حرکت می کنند. در حالی که با افزایش عدد رینولدز قطرات با اندازه های مختلف در ناحیه ای نزدیک به دیواره به تعادل می رسند. از دیگر نتایج بدست آمده این است که هر چه اختلاف اندازه قطرات موجود در کانال بیشتر باشد پدیده جداسازی بهتر اتفاق می افتد. نتایج حاصل از این شبیه سازی ها با تحقیقات گذشته هم خوانی خوبی دارد.