شبيه سازي عددي جريان دو فاز گاز- سيال لخته اي در يك ميكرو لوله خيس

Numerical Simulation of Gas-liquid Slug Flow in a Wet Microtube

در اين تحقيق، حل عددي مستقيم جريان غيرقابل تراكم دوفاز گاز- مايع براي حركت حباب در ميكرو لوله اي به شعاع10 ميكرون ارايه شده است. سطح مشترك بين دوفاز از روش حجم سيال (VOF) با مدل نيروي سطحي پيوسته (CSF) تعقيب مي شود. جريان نيوتني است و با روش گسسته سازي حجم محدود و از طريق الگوريتم پيزو حل مي شود. شبيه سازي عددي بر روي شبكه يكنواخت متقارن محوري و با شرايط مرزي تناوبي و براي مقادير مختلف گراديان فشار، دوره حباب و كسر تهي صورت مي گيرد. در تمامي شبيه سازي ها مقدار متوسط گراديان فشار در طول لوله ثابت مي باشد. شبيه سازي عددي در محدوده رينولدزي 5 تا210 براي فاز مايع و 3/0 تا 7 براي فاز گاز انجام مي گيرد. نتايج عددي با نقشه رژيم جريان دوفاز سريزاوار سازگار است. رابطه خطي بين نسبت حجمي گاز و كسر تهي وجود دارد. افت فشار و ضخامت فيلم سيال با نتايج تجربي مقايسه شده اند. اندازه فيلم سيال محاسبه شده به رابطه ايراندوست نزديك تر مي باشد.

In this paper, direct numerical simulation of two-phase incompressible gas-liquid flow for simulation of bubble motion in a microtube is presented. Microtube radius is 10 µm. The interface is tracked using volume of fluid (VOF) method with continuous surface force (CSF) model. The flow is solved using a finite volume scheme, based on PISO algorithm. Numerical simulation is performed on a axisymmetric mesh with cyclic boundary condition for different values of pressure gradient, void fraction, and bubble period. The mean pressure gradient is fixed for each simulation and the superficial Reynolds numbers of gas and liquid are 0.3 – 7 and 5 – 210, respectively. The numerical results are coincident with Serizawa regime map and there is a linear relation between void fraction and gas flow ratio. Pressure drop and liquid film thickness are compared with different empirical correlations. The computed liquid film thickness is closer to Irandoust correlation.