شبيه سازي عددي يك حباب معلق شناور در جريان تركيبي كوئت و پواسل صفحه ا ي: بررسي اثر جاذبه

Numerical simulation of two phase flow of a 3-Dimensional bubble

موقعيت تعادلي يك حباب دگرديس‌پذير سه‌بعدي در جريان تركيبي كوئت و پواسل بصورت عددي توسط حل كامل معادلات ناوير-استوكس مورد بررسي قرار گرفته است. ميدان جريان روي يك شبكة ثابت توسط يك تقريب اختلاف محدود بقائي گسسته شده است و فصل مشترك بطور صريح توسط يك شبكة نامنظم جداگانه‌اي كه از طريق شبكة ثابت حركت مي‌كند، بيان شده است. از آنجايي كه فصل مشترك بطور پيوسته دچار تغيير شكل مي‌شود، بازسازي جبهه در هر گام انتگرال‌گيري زماني ضروري است. هدف از اين پژوهش مطالعة حركت يك حباب شناور در جريان تركيبي كوئت و پواسل با نسبت‌هاي چگالي و چسبندگي مخالف واحد در يك عدد رينولدز محدود مي‌باشد. نتايج نشان مي‌دهد كه حباب صرفنظر از موقعيت اولية آن، در يك وضعيت تعادلي ميان ديوارة كانال و خط مركزي قرار خواهد گرفت كه به اثر سگر سيبربرگ مشهور است. نتايج در دو مجموعه ارائه شده است، در مجموعه اول شتاب جاذبه در نظر گرفته نشده است. در اين حالت ديده مي‌شود كه تغيير شكل حباب بشدت وابسته به عدد كاپيلاري است. همچنين نتايج نشان مي‌دهد كه تنش برشي بر روي ديواره‌ها در حضور حباب داراي تغييراتي وابسته به موقعيت اولية حباب مي-باشد. در دومين مجموعه شتاب جاذبه به معادلات اضافه شده است، در اين مورد ديده خواهد شد كه تغيير شكل حباب بشدت وابسته به عدد اتوش مي‌باشد. جهت اعتبار سنجي محاسبات، كار حاضر با برخي از نمونه نتايج داده‌هاي عددي در دسترس مقايسه شده‌است.

Three-dimensional simulations are presented on the motion of a deformable bubble in a combined coquette and poiseuille flow at finite Reynolds number. The full Navier-Stokes equation are solved by a finite volume method on a regular, fixed and staggered grid. Interface is tracked by marker points on an irregular, triangle and moving grid. The effect of surface tension is included. The effects of capillary number and Reynolds number on the lateral migration of a bubble are studied. It is found that a bubble migration to an equilibrium position about halfway between the wall and the centerline regardless of its original position. Simulations also show that the bubble shape is strongly dependent on the capillary number. As the Reynolds number increases, the effect of viscosity decreases and the equilibrium position moves closer to the wall. The effect of the radius of a bubble is also examined. With increasing the radius of the bubble, the centroid of the bubble moves to the centerline. The bubbles are more deformed with negative pressure gradient and migrate to the centerline.