شبيه‌سازي عددي سقوط و قرارگيري قطره بر روي سطح با استفاه از مدل چندفازي روش شبكه بلتزمن

Numerical Simulation of Droplet Falling and Positioning on Surface Using Multiphase Lattice Boltzmann Model

روش شان– چن رايج‌ترين مدل روش شبكه بولتزمن براي شبيه‌سازي جريان‌هاي چندفازي است. اما معمولاً در بررسي جريان‌هاي چندفازي اثرات دما يا در نظر گرفته نمي‌شود يا اثرات ناچيز فرض مي‌شود. ابتدا معادلات شبكه بولتزمن چندفازي هم‌دما (روش شان- چن) و معادلات روش شبكه بولتزمن تك‌فازي گرمايي مدل اسكالر خنثي بيان شدند. در مطالعه حاضر از تركيب مدل گرمايي اسكالر خنثي و مدل دوفازي شان- چن، روش شبكه بولتزمن جريان‌هاي دو فازي گرمايي مورد بررسي قرار گرفت. تركيب اين دو مدل از طريق تعريف يك عبارت نيرويي انجام مي‌گيرد. به‌علت ماهيت خارجي اين تركيب، مدل تركيبي پايداري شبيه به مدل چندفازي هم‌دما دارد. بدين منظور در ابتدا مدل گرمايي اسكالر خنثي و سپس مدل شان- چن در حالت همدما بيان مي‌شود. همچنين سقوط قطره روي ديواره گرم در قطرهاي مختلف بررسي مي‌شود و قرارگيري قطره روي ديواره گرم در اعداد رايلي و رينولدز مختلف و همچنين قطرهاي مختلف قطره مورد بررسي قرار مي‌گيرد. نتايج نشان‌ مي‌دهد وجود دما در مسايل چندفازي به عنوان يك مانع رسيدن به حالت پايدار را به تاخير مي‌اندازد و سرعت جعلي به‌وجودآمده در سطح مشترك در ميدان دما نيز تاثير مي‌گذارد.

Shan-Chen model is the most common model for simulation of multiphase flows using lattice Boltzmann method. The entire multiphase Lattice Boltzman models are limited to regimes, where the temperature dynamics are either negligible or their effects on the flow are unimportant. The entire multiphase LBE models are limited to regimes where the temperature dynamics are either negligible or their effects on the flow are unimportant. The multiphase isothermal lattice Boltzmann equation (LBE) model and single phase thermal LBE (TLBE) model were described. In this research, by combining these two models, the thermal two-phase LBE model was proposed. The coupling of the two models is through a suitably defined body force term. Due to the external nature of this coupling, the new model will have the same stability as the isothermal two-phase model. For this purpose, the scalar thermal model was initially neutral and, then, the Shan-Chen model was expressed in homogeneous state. Also, droplet falling on a heated solid surface and positioning droplet on heated solid surface in different Rayleigh and Reynolds number and different diameter size of droplet were considered. Results show that the temperature in the multiphase flow, as a barrier, delays achieving a stable state, and the fake speed created at the interface area in the temperature field also affects.