مطالعه عددي اثر ميدان مغناطيسي يكنواخت خارجي بر اندركنش حباب ها در ستون مايع لزج

Numerical study of the uniform magnetic field effect on the interaction of bubbles in a viscous liquid column

مواجهه جفت حباب ها در جريان هاي دوفازي به وفور مشاهده مي شود كه اين مواجهه مي تواند منجر به الحاق آن ها شود. الحاق حباب ها يكي از پديده هاي فيزيكي مهمي است كه در ستون هاي مايع رخ مي دهد. توسعه دانش مربوط به الحاق دو حباب، به توصيف بهتر و درك دقيق تر جريان هاي دوفازي حبابي كمك مي كند. اثر ميدان مغناطيسي يكنواخت خارجي، تاكنون بر اندركنش و الحاق حباب هاي سيالات دي الكتريك مورد مطالعه قرار نگرفته است. از اين رو در پژوهش حاضر، اثر ميدان مغناطيسي خارجي يكنواخت بر اندركنش و الحاق حباب هايي كه در مايع ساكن صعود مي كنند، مورد مطالعه قرار گرفته است. حباب ها در حالت اوليه كروي فرض شده و هر دو فاز مايع و گاز در ابتدا ساكن فرض شده‌اند. همچنين هر دوفاز تراكم ناپذير و دي الكتريك فرض شده و ميدان مغناطيسي خارجي اعمال شده نيز يكنواخت مي باشد. شبيه-سازي عددي ميدان جريان دوفازي و حل ميدان سرعت از طريق روش حجم محدود صورت گرفته و گسسته سازي معادله مغناطيسي نيز با روش تفاضل محدود انجام شده است. براي مدلسازي مرز مشترك دوفاز نيز از الگوريتم لول ست استفاده شده است. نتايج عددي پژوهش حاضر با داده هاي تجربي و عددي محققين قبلي، توافق خوبي دارد. نتايج بدست آمده نشان مي دهد كه ميدان مغناطيسي يكنواخت اعمال شده، شكل و ديناميك حباب ها و نيز اندركنش و الحاق آن ها را تحت تاثير قرار مي دهد؛ بطوريكه ميدان مغناطيسي اعمال شده سبب تسريع در الحاق عمودي حباب ها مي شود. از اين رو، ميدان مغناطيسي خارجي يكنواخت مي تواند براي كنترل الحاق حباب ها مورد استفاده قرار گيرد.

The encounter between bubble pairs can occur in the bubble ?ows and may result in coalescence, which is one of the most important elementary physical processes occurring in liquid columns. Suf?cient knowledge of the coalescence process of two bubbles can lead to a better description of the bubbly ?ow’s behavior. Effects of uniform magnetic fields on the interactions and coalescence of dielectric bubbles have not been studied up to now; therefore in this research, interactions and coalescence of two bubbles in a viscous stagnant liquid has been simulated numerically. Considered bubbles are spherical and fluids are stagnant, initially. Both liquid and gas phases are considered incompressible and dielectric where applied magnetic field is uniform. In the numerical simulation of the problem, the Finite Volume method was applied using the SIMPLE algorithm to discretize the governing equations while the finite difference method was used for discretizing of the magnetic field equation. For simulating the interface of two phases, the level set method has been incorporated. The results outlined in the present study agree well with the existing experimental and numerical results. Obtained results show that applied uniform magnetic field affects shape, dynamics and also interactions and coalescence of bubble pairs. Applied magnetic field enhances coalescence between in-line rising bubbles. Therefore, the external uniform magnetic field could be used for contactless control of the coalescence process between bubbles.