شبيه سازي عددي جريان كاويتاسيوني داخل نازل با استفاده از روش شبكه بولتزمن چندفازي

Simulation of Cavitating Flow through the Nozzle by Using Multiphase Lattice Boltzmann Method

در مقاله حاضر، شبيه­ سازي عددي جريان كاويتاسيوني داخل نازل با استفاده از روش شبكه بولتزمن چندفازي به­ همراه مدل شان-چن انجام شده ­است. يك تابع پتانسيل براي مدل كردن اندركنش ذرات سيال استفاده شده كه ميدان سرعت جريان را اصلاح كرده و تغيير فاز بخار-مايع همچنين اثرات كشش سطحي در فصل مشترك بين دو فاز را در جريان ­هاي كاويتاسيوني شبيه ­سازي مي­ كند. معادله خطي بدست آمده در الگوريتم حاضر بر اساس روش شبكه بولتزمن به­ سادگي قابل حل بوده كه يكي از مزيت­ هاي اصلي روش عددي حاضر در مقايسه با حل عددي معادلات غيرخطي ناوير-استوكس به ­همراه مدل­ هاي پيچيده كاويتاسيوني موجود است. دقت و كارآيي الگوريتم حاضر بر اساس روش شبكه بولتزمن جهت حل جريان­هاي كاويتاسيوني با استفاده از حل جريان داخل نازل و مقايسه و ارزيابي نتايج به ­دست آمده با نتايج در دسترس نشان داده ­شده است. صحت و دقت نتايج به ­دست ­آمده در كنار سادگي گسسته­سازي و حل عددي معادله حاكم در الگوريتم حاضر نشان­ دهنده كارآيي روش شبكه بولتزمن چندفازي براي شبيه سازي عددي جريان­هاي كاويتاسيوني در داخل نازل است.

Cavitating flow through the nozzle is numerically simulated by using the multiphase lattice Boltzmann method. The pseudo-potential Shan-Chen model is used to resolve inter-particle interactions, modeling phase change between the liquid and vapor phases and imposing the surface tension at the interface. The numerical algorithm implemented is simple for programming and efficient for simulation of multiphase cavitating flows comparing to the traditional Navier-Stokes solvers with complicated cavitation models. Efficiency and accuracy of the multiphase lattice Boltzmann method with Shan-Chen model for simulation of cavitating flows through the nozzle are examined by computing the cavitation inception, growth and collapse and the results obtained are compared with the existing numerical results in the literature. The study shows that the present computational technique is robust and efficient to predict the cavitation phenomena in the geometries studied.