مدلسازي دوفازي نفوذ و پيمايش سيال در مسيرهاي مشخص داخل محيط متخلخل لايه‌اي به كمك روش شبكه بولتزمن

Simulation of Two Phase Penetration and Routing the fluid in a Specified Path in Layered Porous Media with Lattice Boltzmann Method

در اين مقاله، پديده نفوذ فيلم مايع و همچنين قطره داخل محيط متخلخل لايه ­اي به كمك مدل شان و چن دو فازي و روش شبكه بولتزمن مطالعه شده ­است. محيط متخلخل لايه­ اي از توزيع تصادفي موانع جامد ايجاد شده است به ­طوريكه نسبت تخلخل در هر لايه و در كل ناحيه متخلخل، داراي مقدار ثابتي مي باشد و به يكنواخت­ تر شدن توزيع موانع كمك مي­كند. در اين مطالعه، الگوي نفوذ سيال داخل محيط متخلخل، هم بصورت فيلم مايع و هم به شكل قطره مورد بررسي قرار گرفته و دو رژيم نفوذ ويسكوز فينگرينگ و كاپيلاري فينگرينگ مشاهده و بررسي شده ­است. تاثير نسبت تخلخل و ويژگي آبدوست يا آبگريز بودن سطح بر روي آهنگ نفوذ نيز بررسي گرديده است؛ دركل افزايش ميزان تخلخل و آبگريز نمودن سطوح موجب افزايش آهنگ پخش مي­گردد. با توجه به لايه ­اي بودن محيط متخلخل، اثر استفاده از لايه­ ها با نسبت تخلخل­ هاي مختلف و داراي يك نسبت تخلخل معين در مجموع لايه­ ها، بر روي بهبود آهنگ نفوذ سيال در محيط متخلخل مورد بحث قرار گرفته ­است. همچنين به چگونگي تغيير الگوي نفوذ از رژيم ويسكوز فينگرينگ و نزديك شدن به رژيم كاپيلاري فينگرينگ به كمك آبدوست نمودن سطوح پرداخته شده ­است. از ويژگي­هاي منحصربفرد تحقيق حاضر، ارائه راهكاري براي تغيير مسير نفوذ فيلم مايع و عبور آن از مسير مشخص، داخل محيط متخلخل لايه­ اي مي­ باشد.

In this paper, penetration of drop and liquid film in layered porous media is studied by the two phase lattice Boltzmann-Shan and Chen model. Layered porous medium is generated by locating solid obstacles randomly, such that the amount of porosity in each layer and whole domain is a fixed value, making the porous medium more homogeneous. In this study, penetration pattern of liquid drop and liquid film in porous substrate is investigated and viscous fingering and capillary fingering regimes are considered and compared. The influences of porosity and the hydrophilicity or hydrophobicity property of surface are considered, too; generally, increasing the porosity and making the surface hydrophobic cause increasing the penetration rate. Because the porous medium being layered, the effects of using layers with different porosities and having an averaged-specified value in whole domain, on improving the penetration rate are discussed. Also, it is investigated how to change the penetration pattern from the viscous fingering to the capillary fingering regime by means of hydrophilic and hydrophobic surfaces inside the porous matrix. A unique feature of this research is to provide a mechanism to change the penetration path into specified one.