شبيه‌سازي عددي تبخير يك قطره ساكن با استفاده از روش شبكه بولتزمن در نسبت چگالي بالا

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

جريان چند فازي سيال همراه با تغيير فاز يكي از مسائل پركاربرد در صنعت مي‌باشد. در اين پژوهش، شبيه‌سازي تبخير يك قطره معلق در يك محيط بي‌نهايت با استفاده از يك روش شبكه بولتزمن دو بعدي جديد، كه شامل توابع توزيع دوگانه، مدل شبه‌پتانسيل و معادله حالت است، انجام مي‌شود. بدين ترتيب برخلاف كارهاي قبلي كه به نسبت چگالي‌هاي پايين محدود مي‌شوند در اين مطالعه با استفاده ازاين روش، مدل‌سازي مذكور در محدوده وسيع‌تري از نسبت چگالي و لزجت قابل اجرا مي‌باشد. اين روش همراه با حل معادله دما به روش اسكالر منفعل و اضافه كردن يك عبارت چشمه تغيير فاز به معادله اصلي، مورد استفاده قرار مي‌گيرد. شبيه‌سازي به صورت دو بعدي مي‌باشد و از مدل $ D_2Q_9 $ استفاده مي‌شود. به منظور كسب اطمينان از صحت شبيه‌سازي انجام شده، تست‌هاي استاندارد حل تحليلي ماكسول، تفكيك گازها و قانون لاپلاس و آزمون تبديل قطره مربعي به دايروي انجام شده و صحت كد عددي به طور كامل مورد تاييد قرار گرفته است. در ادامه، تبخير قطره معلق در يك محيط ساكن بدون حضور هيچ‌گونه سرعت و نيروهاي خارجي با شرط مرزي پريوديك براي همه‌ي جهات مورد بررسي قرار مي‌گيرد، مشاهده مي‌شود كه در اين شرايط فشار در حوزه محاسباتي ثابت باقي نمي‌ماند و به طبع آن چگالي و دما نيز تغيير مي‌كنند كه چگالي فاز مايع با گذشت زمان كاهش يافته و چگالي فاز گاز نيز با گذشت زمان مقداري افزايش مي‌يابد. سپس تبخير قطره معلق در همان شرايط با بكارگيري شرط مرزي فشارثابت در تمامي جهت‌ها مشاهده مي‌شود كه نتايج عددي حاصل از اين پژوهش از قانون كلاسيك $ D^2 $ كه نرخ تبخير را كنترل مي‌كند، پيروي مي‌كند. در اين شرايط دما برابر دماي اشباع اوليه و چگالي فاز‌هاي مايع و گاز ثابت باقي مي‌ماند. در آخر تاثير ميزان اختلاف دما و گرماي نهان بررسي مي‌شود كه مشاهده مي‌شود با افزايش اختلاف دما و كاهش گرماي نهان، نرخ تبخير افزايش مي‌يابد.

213552

تبديل انرژي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان

محمدرضا توكلي‌نژاد، محسن ثقفيان

محمود اشرفي‌زاده، محسن دوازده امامي