بررسي برخورد دو حباب با اختلاف چگالي بالا توسط روش شبكه بولتزمن

Investigation of two bubble coalescence with large density differences with Lattice Boltzmann Method

در مقاله‌ حاضر از روش اينامارو كه بر گرفته از مدل انرژي آزاد شبكه بولتزمن است، براي شبيه‌سازي حركت حباب و نحوه‌ ادغام دو حباب تحت تاثير نيروي شناوري استفاده شدهاست. به منظور كاهش هزينه‌ محاسباتي با تلفيق مدل دو بعدي تاناكا و سه بعدي اينامارو از مدل اينامارو در دو بعد استفاده شده‌است. در ابتدا با انجام صحت سنجي از درستي مدل فوق در اعمال نيروي كشش سطحي و قانون لاپلاس براي دو نسبت چگالي 50 و 1000 اطمينان حاصل شده‌است. در مرحله بعد اثر اعداد بي‌بعد حاكم بر مسيله از جمله عدد اتوس، مورتن بر رينولدز و شكل نهايي حباب براي يك حباب بررسي شده‌است. الگوهاي جرياني متفاوتي در اعداد بي‌بعد متفاوت به دست آمده و با تغيير اعداد بي‌بعد تغيير شكل نهايي حباب مشاهده گرديد. در مرحله آخر حركت دو حباب و شكل نهايي حاصل از ادغام دو حباب در اعداد بي‌بعد متفاوت مورد بررسي قرار گرفته‌است كه شكل حباب اول تقريباً همان شكل تك حباب به دست مي‌آيد اما حباب دوم به دليل قرار گرفتن در دنباله‌ي حباب اول و اختلاف فشار كمتر در دو طرف آن تغيير شكل متفاوتي را از خود نشان مي‌دهد.

In present paper the Inamuro Model based on free energy approach of the Lattice Boltzmann Method was used to simulate the motion of bubble and coalescence of two bubbles under buoyancy force. By combining the Tanaka and Inamuro models, three-dimensional model of Inamuro was used in two-dimension for decreasing the computational cost. Firstly it was ensured that the surface tension effect and Laplace low for two density ratio 50 and 1000 were properly implemented. Secondly in next step, effect of governing dimensionless numbers problem such as Etvos number and Morton number on Reynolds number and terminal shape of bubble were investigated. Different flow patterns in various dimensionless numbers were obtained and by changing the dimensionless number, terminal change of bubble’s shape was seen. Finally, motion of two bubbles and terminal shape of coalescence of two bubbles were studied in different dimensionless number which shape of first bubble was same to single bubble but second bubble experienced various shapes due to its location in wake of first bubble and less difference pressure on two sides of this bubble.