شبيه‌سازي الحاق مايل جفت حباب با استفاده از روش لولست

Simulation of oblique coalescence of a pair of bubbles using Level Set method

در پژوهش حاضر برهم كنش و الحاق مايل جفت حباب تحت نيروي شناوري، بصورت عددي شبيه سازي شده است. معادلات حاكم بر مسئله شامل معادلات پيوستگي و مومنتوم مي‌باشند كه براي حل اين معادلات، از روش حجم محدود و الگوريتم سيمپل استفاده شده است. براي مدلسازي مرز مشترك دو فاز نيز از روش تسخير مرز لول‌ست استفاده شده است. مهم‌ترين ضعف روش لول‌ست عدم بقاي جرم فاز گسسته به ويژه در مسائل با تغييرات شديد مرز مشترك مي‌باشد كه براي كنترل اين خطاي جرمي، از معادلات بازسازي لول‌ست به همراه يك حلقه كنترل هندسي بقاي جرم كه براي اولين بار براي روش لول‌ست در اين پژوهش ارايه شده، استفاده گرديده است. با استفاده از حلقه كنترل هندسي جرم معرفي شده، مشكل خطاي عددي كسر جرم روش لول‌ست براي مطالعه الحاق حباب‌ها كه در آن تغيير شكل‌ها شديد مي‌باشد، برطرف شده است. مقايسه نتايج حاصل از شبيه سازي عددي پژوهش حاضر با نتايج تجربي مشابه، همخواني خوب بين آن‌ها را نشان مي‌دهد. همچنين بررسي خطاي كسر جرمي روش عددي ارايه شده براي شبيه سازي عددي الحاق مايل حباب‌ها نشان مي‌دهد كه حداكثر مقدار اين خطا، كمتر از 4% است. بنابراين روش لول‌ست به همراه حلقه كنترل جرم ارائه شده، به خوبي براي مدلسازي عددي برهمكنش و الحاق مايل حباب‌ها مي‌تواند مورد استفاده قرار گيرد.

In this research, interaction and oblique coalescence of bubbles under buoyancy force was simulated, numerically. The governing equations are continuity and momentum equations which have been discretized using the finite volume method and the SIMPLE algorithm. For simulating the interface of two phases, the level set method has been incorporated. Level Set method suffers from poor mass conservation of dispersed phase especially in the case of severe deformation of interface. In order to control of mass conservation of the level set method, re-initialization equations and a geometric mass control loop are used which this loop is implemented in the level set method for the first time in this research. Using proposed geometric mass control loop, mass dissipation drawback of the level set method is handled in simulation of bubbles’ coalescence. The results outlined in the present study well agree with the existing experimental results. Also results of investigation of mass dissipation of the proposed scheme to simulation of oblique coalescence problem show that the maximum amount of this mass dissipation was less than 4%. Therefore, the level set method with proposed geometric mass control loop could be used properly for simulation of oblique interactions and coalescence of bubbles in multiphase flows.