شبيه‌سازي عددي برخورد دو قطره در داخل ميدان دو فازي با استفاده از روش بولتزمن شبكه اي دوفازي

Numerical simulation of droplet collision in the two phase flow using Lattice Boltzmann method

در اين تحقيق برخورد دو قطره، به‌صورت عددي با استفاده از روش شبكه اي بولتزمن در محيط دو فازي، بررسي شده‌ است. شبيه‌سازي براي سيالات دوگانه تراكم‌ناپذير بر اساس مدل ارايه شده توسط لي، انجام گرفته ‌است. ويژگي بارز اين مدل، ‌شبيه‌سازي سيالات با نسبت چگالي بالا بوده و به راحتي با نتايج تجربي مقايسه شده و صحت آن بررسي شده ‌است. با استفاده از اين شبيه‌سازي، تغييرات اعداد بي‌بعد وبر، رينولدز، پارامتر برخورد، نسبت چگالي، نسبت لزجت سينماتيكي، نسبت قطر و نسبت سرعت برخورد دو قطره مورد بررسي قرار گرفته‌اند. نحوه تغييرات دامنه نوسان، زمان رسيدن به تعادل، تعداد نوسان و نوع برخورد با افزايش اعداد بي بعد موثر در مساله بررسي شده ‌است و نشان داده شده ‌است كه با افزايش عدد وبر، عدد رينولدز يا نسبت چگالي يا كاهش نسبت لزجت سينماتيكي دامنه نوسان و ميزان تغيير شكل قطره حاصل بيشتر مي‌شود.

In this study, the collision of two drops using Lattice Boltzmann numerical method in two-phase flow has been investigated. The simulation for incompressible fluid is based on the model represented by Lee. The prominent feature of this model is to simulate fluids with high density ratios. Thus, the model has easily been compared with experimental results and its validity has been investigated. Using this simulation, the variation of non-dimensional parameters such as Weber number, Reynolds number, Impact parameter, density ratio, kinematic viscosity ratio, diameter ratio and velocity ratio of two drops were studied. Considering the results, it was shown that the density ratio and relative velocity ratio have no effect on separation or coalescence of drops collision; while the variation of Weber number, Impact Parameter and kinematic viscosity ratio results in separation or coalescence. Moreover, by increase in Weber number, Reynolds number or density ratio or decrease in kinematic viscosity, the number of oscillations and the time needed to reach equilibrium increases. Likewise, the amplitude of oscillation and the deformation of the drops increase when the Weber number, Reynolds number or density ratio rise or the kinematic viscosity lowers.