شبیه سازی جریان در محیط متخلخل با استفاده از روش شبکه بولتزمن در مقیاس حفره

thesis
abstract

در این پایان نامه جریان دو بعدی و سه بعدی در محیط متخلخل به روش شبکه بولتزمن شبیه سازی هیدرودینامیکی شده است. به عنوان محیط متخلخل دو بعدی از یک دامنه با توزیع تصادفی با موانع چهار ضلعی بهره گرفته شد. برای محیط سه بعدی از آرایه ای از کره ها درون یک سلول واحد با آرایش های sc و bcc به عنوان محیط سه بعدی با توزیع منظم، و از آرایه ای از کره ها با توزیع تصادفی و با شعا ع های مختلف درون یک سلول واحد به عنوان نماینده ای از محیط سه بعدی نامنظم استفاده شد. همچنین محیطی شامل سیلندرهایی با توزیع منظم مربعی و شش ضلعی و محورهای عمود بر جهت جریان به عنوان هندسه ای دیگر از یک محیط متخلخل بررسی گردید. هدف اصلی تمام شبیه سازی ها محاسبه نفوذ پذیری به عنوان موثرترین پارامتر ماکروسکوپیک یک محیط متخلخل بوده است. در مرحله بعد تاثیر پارامترهای هندسی محیط متخلخل از جمله تخلخل، رزولوشن و نسبت ارتفاع به پهنای موانع بر نفوذ پذیری و پیچ و خم بررسی گردید. نتایج بدست آمده با سایر نتایج تجربی، تحلیلی، و عددی موجود در ادبیات اعتبار سنجی شده است. مشاهده شد که نفوذ پذیری تابعی از پارامترهای هندسی محیط مانند تخلخل، قطر فیبرها در محیط فیبری، و رزولوشن شبکه میباشد. با توجه به نتایج نفوذ پذیری با در نظر گیری نسبت عرض به طول موانع و تخلخل در محیط دو بعدی برای 73 نمونه، و شعاع کره ها و تخلخل در محیط سه بعدی تصادفی با 29 نمونه، روابطی برای محاسبه نفوذ پذیری برای محیط های دو بعدی و سه بعدی تصادفی ارائه گردید که حاصل بهترین برازش ممکن از میان 65 نوع تابع غیر خطی مورد آزمایش بوده و به ترتیب دارای خطای برازش 2.43 و 4 درصد هستند. همچنین منابع خطای روش شبکه بولتزمن برای محیط متخلخل کشف شد که از آن جمله میتوان به اثر منفی افزایش انحنای سطوح مرز جامد-سیال روی دقت نتایج اشاره کرد. بنابراین عمده انحراف نتایج از نتایج تحلیلی در تخلخل های پایین مشاهده میشود. بهبود این امر با شبکه بندی غیر کارتزین برای محدوده مرزهای منحنی میسر است. همچنین در صورتی که رزولوشن شبکه پایین باشد، نتایج مقداری انحراف از نتایج عددی خواهند داشت. از شبکه های d2q9 برای حالت دو بعدی و d3q15 (و در صورت لزوم d3q19 ) برای حالت سه بعدی جریان استفاده شد. برای ایجاد هندسه مورد نظر به جای روش عکسبرداری از محیط متخلخل واقعی، از روشی جایگزین یعنی ساخت مجازی محیط استفاده شده است. شبیه سازی دو بعدی طبیعتاً به هندسه ساده تری نیاز دارد. در مقابل برای شبیه سازی سه بعدی ابتدا حجم سه بعدی از محیط (مثلاً شامل آرایه ای از کره ها درون سلول مکعبی واحد) با برنامه solidworks و کدهایی به زبان c++ تولید شد. سپس این حجم به مسلسلی از تصاویر دو بعدی، هر تصویر نماینده برشی از حجم اولیه، تجزیه گردید. در نهایت تصاویر دو بعدی توسط یک برنامه پردازش تصویر به یک فایل با فرمت قابل شناسایی توسط کد شبیه ساز تبدیل شد. روش دیگری که برای ساخت هندسه های سه بعدی جهت شبیه سازی آرایه های منظم کره ها استفاده شد ساخت یک فایل متنی ascii شامل اعداد صفر و یک بود که «صفر» نماینده نقاط سیال و «یک» نماینده نقاط جامد بود. شبیه سازی عددی به دو روش انجام شد: اول کد های نوشته شده به زبان برنامه نویسی فرترن و دوم، تغییر و شخصی سازی کد های دریافت شده به زبان c++ از اینترنت. در روش دوم ابتدا پکیج های عددی منبع باز موجود در اینترنت دانلود و با یکدیگر مقایسه شد. سپس تغییراتی بر کدهای منبع این شبیه سازها برای رسیدن به نتایج این پروژه اعمال شد. در نهایت پکیج های lb2d-prime و lbflow شخصی سازی و استفاده گردید.

First 15 pages

Signup for downloading 15 first pages

Already have an account?login

similar resources

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 اب...

full text

کنترل جریان سیال با محیط متخلخل : روش شبکه بولتزمن

در این مقاله با استفاده از روش شبکه بولتزمن و ترکیب آن با مدل برینکمن-فورچیمر به  مطالعه جریان اطراف مانع مربعی پوشیده شده توسط محیط متخلخل پرداخته می­شود. در این مدل، اثرات نیروی پسا ناشی از حضور محیط متخلخل به صورت یک عبارت نیرو در معادله­ی شبکه بولتزمن وارد می‌شود. در ابتدا جریان پوازی صفحه­ای کاملا متخلخل، جریان حفره کاملا متخلخل و جریان کوئت کاملا متخلخل شبیه­سازی شده و نتایج عددی حاصل با ...

full text

شبیه سازی عددی جریان کاویتاسیونی داخل نازل با استفاده از روش شبکه بولتزمن چندفازی

در مقاله حاضر، شبیه­سازی عددی جریان کاویتاسیونی داخل نازل با استفاده از روش شبکه بولتزمن چندفازی به­همراه مدل شان-چن انجام شده­است. یک تابع پتانسیل برای مدل کردن اندرکنش ذرات سیال استفاده شده که میدان سرعت جریان را اصلاح کرده و تغییر فاز بخار-مایع همچنین اثرات کشش سطحی در فصل مشترک بین دو فاز را در جریان­های کاویتاسیونی شبیه­سازی می­کند. معادله خطی بدست آمده در الگوریتم حاضر بر اساس روش شبکه بو...

full text

شبیه سازی عددی جریان خارجی لزج تراکم¬ناپذیر با استفاده از روش لاتیس بولتزمن بدون شبکه

در سال­های اخیر روش شبکه بولتزمن به عنوان یک روش دینامیک سیالات محاسباتی جایگزین و امیدبخش برای شبیه سازی جریان­های پیچیده درآمده است. روش شبکه بولتزمن استاندارد علیرغم موفقیت­آمیز بودنش در بسیاری از کاربردهای عملی به یکنواختی شبکه در فضای فیزیکی محدود می­شود. این مهمترین عیب روش شبکه بولتزمن استاندارد برای کاربرد در مسایل جریان با هندسه پیچیده است. در حال حاضر چندین روش برای حل مشکل روش شبکه ب...

full text

کنترل جریان سیال با محیط متخلخل : روش شبکه بولتزمن

در این مقاله با استفاده از روش شبکه بولتزمن و ترکیب آن با مدل برینکمن-فورچیمر به  مطالعه جریان اطراف مانع مربعی پوشیده شده توسط محیط متخلخل پرداخته می­شود. در این مدل، اثرات نیروی پسا ناشی از حضور محیط متخلخل به صورت یک عبارت نیرو در معادله­ی شبکه بولتزمن وارد می شود. در ابتدا جریان پوازی صفحه­ای کاملا متخلخل، جریان حفره کاملا متخلخل و جریان کوئت کاملا متخلخل شبیه­سازی شده و نتایج عددی حاصل با ...

full text

اثر بربرین در تنظیم آستروسیتهای Gfap+ ناحیه هیپوکمپ موشهای صحرایی دیابتی شده با استرپتوزوتوسین

Background: Diabetes mellitus increases the risk of central nervous system (CNS) disorders such as stroke, seizures, dementia, and cognitive impairment. Berberine, a natural isoquinolne alkaloid, is reported to exhibit beneficial effect in various neurodegenerative and neuropsychiatric disorders. Moreover astrocytes are proving critical for normal CNS function, and alterations in their activity...

full text

My Resources

Save resource for easier access later

Save to my library Already added to my library

{@ msg_add @}


document type: thesis

وزارت علوم، تحقیقات و فناوری - دانشگاه سمنان - دانشکده مهندسی مکانیک

Hosted on Doprax cloud platform doprax.com

copyright © 2015-2023