مطالعه عددی تغییرشکل حباب هوا در یک سیال لزج با استفاده از الگوریتم level set

در این پایان نامه، جریان دوفازی حباب هوا در یک سیال لزج با استفاده از روش level set به صورت دوبعدی مدل سازی شده است. مدل فیزیکی مساله شامل کانالی مستطیل شکل می باشد که اضلاع آن در جهت های افقی و عمودی به ترتیب سه و ده برابر قطر حباب مورد مطالعه است. جریان های دو فاز آرام فرض شده و در هر چهار جداره کانال مستطیلی، شرط مرزی دیواره درنظر گرفته شده است. شکل اولیه حباب در تمامی حالات به صورت دایره فرض شده و تغییرشکل حباب بر اثر نیروی غوطه-وری برای پارامترهای هندسی و فیزیکی و قطرهای مختلف حباب مورد بررسی قرار گرفته است. در روش عددی به کارگرفته شده در این پایان نامه، شبیه سازی عددی میدان جریان دوفازی و حل میدان سرعت از طریق روش حجم محدود و با استفاده از الگوریتم simple صورت گرفته است. استفاده از این الگوریتم امکان محاسبه پارامتر مهم فشار را میسر می سازد. در اکثر تحقیقات قبلی به علت طبیعت دوفازی بودن مساله و پیچیدگی های آن از روش هایی استفاده شده است که متغیر فشار به نحوی حذف گردد. از طرف دیگر، تعقیب سطح مشترک بین دو فاز در هر لحظه با استفاده از الگوریتم level set صورت می گیرد. با توجه به نتایج به دست آمده از تحقیق حاضر برای تغییرشکل حباب، مشاهده می شود که نتایج تحقیق توافق خوبی با داده های تجربی موجود داشته و نتایج عددی محققین قبلی را نیز تایید می کند. در این تحقیق علاوه بر تغییرشکل حباب، اثر لزجت حباب بر روند صعود و میدان سرعت چرخشی داخل آن مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین، مساله بقای جرم در روش level set به-صورت کامل تری نسبت به تحقیقات قبلی - به خصوص برای حباب هایی با تغییرشکل زیاد - مطالعه شده است.