عنوان مقاله :
مطالعه‌ي تأثير عملگر برخورد با دو زمان آرامش يكتا و چندگانه در روش شبكه‌ي بولتزمن چندفازي براي شبيه‌سازي جريان‌هاي دوفازي گاز ـ مايع با استفاده از دو روش مختلف اعمال نيرو
عنوان به زبان ديگر :
EFFECT OF MULTIPHASE LATTICE BOLTZMANN COLLISION MODELS WITH SINGLE- AND MULTI-RELAXATION TIMES FOR SIMULATION OF LIQUID-VAPOR TWO-PHASE FLOWS USING
پديد آورندگان :
عزت نشان، اسلام دانشگاه شهيد بهشتي - دانشكده مهندسي فناوري هاي نوين - گروه مهندسي هوافضا , گوهري مهر، رضا دانشگاه شهيد بهشتي - دانشكده مهندسي فناوري هاي نوين - گروه مهندسي هوافضا
كليدواژه :
روش شبكه‌ي بولتزمن چندفازي , مدل شان ـ چن , زمان آرامش چندگانه , روش اختلاف دقيق
چكيده فارسي :
در نوشتار حاضر كارايي عملگرهاي برخورد در روش شبكه‌ي بولتزمن با دو زمان آرامش يكتا و چندگانه و دو روش اعمال نيرو براي شبيه‌سازي جريان‌هاي دوفازي مطالعه شده است. اندركنش بين دو فاز گاز و مايع در فصل مشترك با مدل شان ـ چن شبيه‌سازي شده است. با هدف عدم وابستگي نسبت چگالي به مقدار زمان آرامش و رفع محدوديت روش شان ـ چن استاندارد، از روش اعمال نيروي اختلاف دقيق استفاده شده است. كارايي و پايداري الگوريتم عددي توسعه يافته با شبيه‌سازي جريان‌هاي دوفازي در اعداد وبر و رينولدز مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. نتايج حاكي از آن است كه اعمال نيروي اندركنش بين دو فاز با استفاده از روش اختلاف
دقيق سبب استقلال نسبت چگالي از مقدار زمان آرامش مي‌شود. همچنين، استفاده از زمان آرامش چندگانه به جاي زمان آرامش يكتا اثر مطلوبي در كاهش مقدار سرعت‌هاي غيرفيزيكي دارد كه نتيجه آن افزايش پايداري حل عددي براي شبيه‌سازي جريان‌هاي دوفازي كاربردي در اعداد وبر و رينولدز بالا است.
چكيده لاتين :
In this paper, the multiphase lattice Boltzmann collision models are evaluated
by a comparative study for the simulation of liquid-vapor two-phase flow
problems. Herein, the single-relaxation-time (SRT) scheme based on the
Bhatnagar-Gross-Krook (BGK) approximation and the multiple-relaxation-time
(MRT) method with two different forcing schemes are considered. The pseudo-potential Shan-Chen (SC) model is used to resolve the inter-particle interactions between the liquid and gas phases. In the standard form of the SC model, the interaction force is imposed in the momentum field which unphysically causes the density ratio to change with the variation of relaxation time. In this study, a modified form of this model is implemented to decouple these two physical parameters. Herein, the interaction force is imposed using the exact difference method (EDM). The efficiency and accuracy of the present numerical scheme based on the lattice Boltzmann method (LBM) with the SRT and MRT schemes are examined for simulation of two-phase flows in different conditions. The equilibrium state of a droplet in the periodic flow domain and on the flat surface with hydrophobic and hydrophilic wetting condition are computed to investigate the robustness and performance of the collision operators applied. The results obtained for these problems are compared with the analytical solutions which shows a good agreement. The collision of a droplet on the liquid film at various flow conditions is
investigated and the predicted results are presented at a range of the Weber
and Reynolds numbers. The present study demonstrates that the SRT model suffers from the spurious velocity in the interfacial region which causes numerical
instabilities at moderate Reynolds and Weber numbers. It is found that the MRT
model is stable for all the cases considered in the present work even at high
Reynolds and Weber numbers. In terms of the computational efficiency, the SRT
scheme is slightly attractive, although the computational cost of this model is
not considerably lower than MRT scheme. The present study suggests the lattice
Boltzmann method with the MRT collision operator incorporated with the EDM
technique is robust, sufficiently accurate and computationally efficient to
resolve the practical liquid-vapor two-phase flow structures and properties.
عنوان نشريه :
مهندسي مكانيك شريف
