پديد آورندگان :
اميري هزاوه، ابوالفضل دانشگاه آزاد اسلامي واحد تهران مركزي - دانشكده فني مهندسي , سليمي، محمدرضا دانشگاه صنعتي شريف - دانشكده هوافضا , طيبي رهني، محمد دانشگاه صنعتي شريف - دانشكده هوافضا
كليدواژه :
محيط متخلخل , مقياس حفره , جريان دوفاز , قطره , روش شبكه بولتزمن
چكيده فارسي :
مطالعه جريان سيالات تك فاز و چند فاز در محيط متخلخل هم در طبيعت و هم در صنايع از اهميت بالايي برخوردار است و مورد توجه طيف وسيعي از محققين قرار دارد. به طور خاص، اندركنش قطرات با سطوح متخلخل در بسياري از فرآيندها مانند اسپري بر گهاي گياهان با آفت‌كش‌ها، چاپگرها، نفوذ باران و آب‌هاي سطحي به خاك كاربرد وسيعي دارد. هدف اصلي اين پژوهش بررسي اثرات اندركنش قطرات با يك محيط متخلخل است. قطرات از نظر ابعادي هم مقياس با ابعاد حفره‌هاي محيط متخلخل هستند كه در مواردي همچون نفوذ قطراتي با سايز خاص در بسترهاي سنگي و بحث فيلترينگ قطرات كاربرد دارند. در اين پژوهش محيط متخلخلي كه متشكل از موانع مربع شكل با ضريب تخلخل 0/8 بوده، در معرض يك جريان دوفاز قرار مي‌گيرد. محيط متخلخل توسط فاز اولي‌هاي ترشده، مورد هجوم قطرهاي قرار مي‌گيرد. رژيم حاكم بر جريان غيردارسي مي باشد. اعداد بدون بعد مؤثر فيزيك مذكور عدد رينولدز، عدد كاپيلاري و آنسرج مي‌باشند. در اين پژوهش مقادير فشار بي بعد وارده، 0/000108، 0/000144و 0/000180 و محدوده آنسرج مورد بررسي 0/76 -0/19 مي‌باشند. فاكتورهاي مرتبط با قطره و فاز زمينه )خواص سيالي(، مانند تنش سطحي و نسبت چگالي قطرات در كنار خصوصيات جريان (مانند فشار وارده) بسيار مؤثر بوده و تنوعي از حالات شكست قطرات را به وجود مي‌آورد كه در قالب مطالعه جامع پارامتريك مورد تجزيه و تحليل قرار مي‌گيرند. انواع حالات شكست قطره، طبقه‌بندي شده و در قالب تصاوير شاخص هر حالت، ارائه مي شوند. درعين حال، تفكيك اين حالات در نمودار رينولدز- آنسرج نيز (به عنوان يك نقشه رفتار شناسي شكست قطره بر حسب دو عدد بدون بعد و فشار وارده) صورت گرفته است. نتايج شبيه سازي‌هاي صورت گرفته قابليت پيش بيني رفتار قطرات در محيط متخلخل را به كمك نمودارهاي ارائه شده، در كنار مقايسه نسبي تأثير پارامترهاي مؤثر را امكان پذير مي‌سازند. همچنين، روش شبكه بولتزمن كه در محيط متخلخل و جريان هاي چندفازي قابليت و انعطاف پذيري بالايي نشان داده، مورد استفاده قرار گرفته است.
چكيده لاتين :
Single-phase and multiphase flows in porous media, both in nature and in industries, are very important for the wide range of researchers. Specifically, they have many applications in processes such as plant leaf sprays, pesticides, printers, and penetration of rain or surface waters to the soil. The main objective of this research is the analysis of droplet interaction with a porous medium. The droplets are of have similar scale of the pores of the porous medium, which its application is penetration of droplet with specific size into the bed rocks and filtering the droplets. In this study, the porous medium consists of square obstacles with porosity value of 0.8, is exposed to a two-phase flow. The porous medium that is wetted by primary phase is intruded by a droplet. The regimes of the flow is non-Darcian. The effective dimensionless numbers of the physics are Reynolds, Capillary, and Ohnesorge number. The values of exerted dimensionless pressure in the study are 0.000108, 0.000144, and 0.000180 and the range of Ohnesorge is 0.19-0.76. The factors connected with the droplet and secondary phase (related to fluid’s properties), such as surface tension and density ratio along with flow characteristics (such as exerted pressure) are effective and create variations in the behavior of droplet breakup, which in the frame of a comprehensive parametric study, are investigated. The types of droplet breakup, categorized and are presented by characteristic pictures of each case. Moreover, the zoning of each case in Re-Ohn Figure (as a droplet phenomenological breakup map on the basis of two dimensionless number and exerted pressure) is done. The results of the simulations, show the ability to predict droplet behavior in the porous medium using presented charts and moreover, make a comparison on relative effect of effective factors, are the redeeming features of this study. In this study, Lattice Boltzmann method is used as the numerical method that shows a high degree of capabilities and flexibility in relation with multi-phase flows and porous media.
