پدیده شناسی رفتار قطره عبور‌کننده از یک محیط متخلخل در مقیاس حفره به روش شبکه بولتزمن

مطالعه جریان سیالات تک فاز و چند فاز در محیط متخلخل هم در طبیعت و هم در صنایع از اهمیت بالایی برخوردار است و مورد توجه طیف وسیعی از محققین قرار دارد. به طور خاص، اندرکنش قطرات با سطوح متخلخل در بسیاری از فرآیندها مانند اسپری بر گهای گیاهان با آفت‌کش‌ها، چاپگرها، نفوذ باران و آب‌های سطحی به خاک کاربرد وسیعی دارد. هدف اصلی این پژوهش بررسی اثرات اندرکنش قطرات با یک محیط متخلخل است. قطرات از نظر ابعادی هم مقیاس با ابعاد حفره‌های محیط متخلخل هستند که در مواردی همچون نفوذ قطراتی با سایز خاص در بسترهای سنگی و بحث فیلترینگ قطرات کاربرد دارند. در این پژوهش محیط متخلخلی که متشکل از موانع مربع شکل با ضریب تخلخل 0/8 بوده، در معرض یک جریان دوفاز قرار می‌گیرد. محیط متخلخل توسط فاز اولی‌های ترشده، مورد هجوم قطرهای قرار می‌گیرد. رژیم حاکم بر جریان غیردارسی می باشد. اعداد بدون بعد مؤثر فیزیک مذکور عدد رینولدز، عدد کاپیلاری و آنسرج می‌باشند. در این پژوهش مقادیر فشار بی بعد وارده، 0/000108، 0/000144و 0/000180 و محدوده آنسرج مورد بررسی 0/76 -0/19  می‌باشند. فاکتورهای مرتبط با قطره و فاز زمینه )خواص سیالی(، مانند تنش سطحی و نسبت چگالی قطرات در کنار خصوصیات جریان )مانند فشار وارده( بسیار مؤثر بوده و تنوعی از حالات شکست قطرات را به وجود می‌آورد که در قالب مطالعه جامع پارامتریک مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرند. انواع حالات شکست قطره، طبقه‌بندی شده و در قالب تصاویر شاخص هر حالت، ارائه می شوند. درعین حال، تفکیک این حالات در نمودار رینولدز- آنسرج نیز )به عنوان یک نقشه رفتار شناسی شکست قطره بر حسب دو عدد بدون بعد و فشار وارده( صورت گرفته است. نتایج شبیه سازی‌های صورت گرفته قابلیت پیش بینی رفتار قطرات در محیط متخلخل را به کمک نمودارهای ارائه شده، در کنار مقایسه نسبی تأثیر پارامترهای مؤثر را امکان پذیر می‌سازند. همچنین، روش شبکه بولتزمن که در محیط متخلخل و جریان های چندفازی قابلیت و انعطاف پذیری بالایی نشان داده، مورد استفاده قرار گرفته است.