توسعه يك الگوريتم تعقيب سطح فاصل براي شبيه‌سازي عددي جريان دوفازي لايه‌اي به روش حجم محدود فشارمبنا

جريان‌هاي دوفازي و چندفازي از انواع پركاربرد جريان‌ها در علوم مهندسي سيالات محسوب مي‌شوند. از جمله مسائل كاربردي در اين زمينه، جريان دوفازي لايه‌اي است كه در اثر قرارگيري دو سيال غيرقابل اختلاط در مجاورت هم ايجاد مي‌شود. در اين نوع از جريان، خواص سيال مي‌تواند به‌طور ناگهاني در سطح فاصل يا جداكننده دو سيال تغيير كند. از جمله چالش‌هاي مهم در شبيه‌سازي عددي جريان دوفازي لايه‌اي تعيين دقيق موقعيت سطح فاصل است. پژوهش حاضر توسعه يك الگوريتم تعقيب سطح فاصل بر مبناي رهيافت اويلري-لاگرانژي اختياري به روش مركزسلول و فشارمبنا با حلگر كوپل را ارائه مي‌دهد. براي بررسي صحت عملكرد اين الگوريتم، حل تحليلي جريان دوفازي لايه‌اي تحت تأثير نيروي گرانش استخراج و سپس نتايج شبيه‌سازي عددي اين جريان در حالات گوناگون با حل تحليلي مقايسه شده است. نتايج شبيه‌سازي‌ها نشان از دقت بسيار خوب نتايج، با وجود استفاده از شبكه‌اي نسبتاً درشت و يكنواخت، دارد. تغييرات زماني موقعيت سطح فاصل تا رسيدن به حالت پايا نشان مي‌دهد كه هرچه اختلاف خواص دو سيال (به‌ويژه لزجت) بيشتر باشد، امواج پيش‌رونده حاصل از برخورد دو سيال نيز بزرگتر مي‌شود. بررسي اثر نيروي گرانش نيز نشان مي‌دهد كه نيروي گرانش مثبت سبب كاهش ضخامت سيال سنگين‌تر و نيروي گرانش منفي موجب افزايش آن نسبت به حالت نيروي گرانش صفر مي‌شود. البته ميزان تغيير ضخامت در نيروي گرانش مثبت بسيار بيشتر از نيروي گرانش منفي است.