شبيه سازي برخورد قطره با فيلم نازك مايع به كمك مدل چندفازي شبه پتانسيل

Simulation of Droplet Impact on a Thin Liquid Film Using the Pseudo-potential Multiphase Model

در اين پژوهش استفاده از روش نيرويي اختلاف دقيق در مدل دوفازي شبه پتانسيل براي شبيه سازي پديده برخورد قطره با فيلم نازك مايع در نسبت چگالي 1000 پيشنهاد شده است و اثرات نيروهاي اينرسي، كشش سطحي و گرانش بوسيله اعداد بدون بعد رينولدز، وبر و باند به طور دقيق بررسي شده اند. براي اين منظور نرم افزار متن باز پالابوس توسعه داده شده و روش اختلاف دقيق در آن اعمال شده است. نتايج شبيه-سازي در اعداد رينولدز و وبر مختلف نشان مي دهد كه عدد وبر تاثير بسيار كمي بر روي شعاع لايه تاج شكل دارد، در حالي كه عدد رينولدز با شعاع تاج رابطه مستقيم دارد. ارتفاع تاج نيز با افزايش اعداد بدون بعد رينولدز و وبر افزايش پيدا مي كند. بعلاوه مقايسه نتايج شبيه سازي حاصل از مدل شبه پتانسيل با مدل انرژي آزاد نشان مي دهد كه شكل تاج علاوه بر اعداد بدون بعد به مقدار كشش سطحي نيز وابسته است به طوري كه با افزايش قابل توجه كشش سطحي و مقادير اعداد بدون بعد يكسان ضخامت سر تاج افزايش مي يابد. اثرات نيروي گرانش بوسيله عدد باند مورد تحقيق قرار مي گيرد. براساس نتايج حاضر ارتفاع تاج بصورت قابل توجهي تحت تاثير عدد باند قرار مي گيرد. هنگامي كه عدد باند كم مي شود، شعاع و ارتفاع تاج افزايش مي يابد. در نتيجه مدل پيشنهاد شده كه قابليت استفاده در نسبت چگالي بالا را داشته و در عين حال جريان پارازيتي كمي توليد مي كند، مي تواند براي بسياري از مسايل دوفازي ديگر نيز مورد استفاده قرار گيرد.

In this research, the use of the exact difference method forcing scheme in the pseudo-potential multiphase model is suggested for the simulation of a droplet impact on a thin liquid film at a density ratio of 1000, and the effect of inertia, surface tension, and gravity forces are considered by means of their corresponding non-dimensional numbers (i.e. the Reynolds, Weber, and Bond numbers). For this reason, the Palabos open source software is modified by implementing the exact difference method in it. The results of our simulations in different Reynolds and Weber numbers show that the Weber number has a slight influence on the crown layer radius, meanwhile, the Reynolds number has a direct effect on the crown radius. The crown height is increased with an increase in the Reynolds and Weber numbers. Furthermore, the comparison between the pseudopotential model simulations and the free-energy model show that the crown shape is related to the surface tension; in addition to the non- dimensional numbers and with a noticeable increase in surface tension the crown tip becomes bigger. The influence of the gravity force is investigated through the Bond number. According to the results, the crown height is noticeably affected by the Bond number. When the Bond number decreases, the crown radius and height increase. Therefore, the proposed model with the potential of being used for multiphase problems with large density ratios while producing a low spurious current could be utilized for a wide variety of other multiphase problems as well.