شبیه سازی عددی جریانهای دو فازی لایه ای و کاربرد آن در رژیم اسلاگ با استفاده از مدل well-posed

در این رساله، فیزیک نقشه جریان دوفازی اسلاگ به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در بررسی عددی، روش های مختلف حل مسأله ریمن نظیر روش های پایستار غیرگدنفی، روش گدنفی مرتبه اوّل بادسو و روش تسخیر شوک مرتبه بالا مورد مطالعه قرا گرفتند. این روش ها بر روی مسائل استاندارد اعمال شده و روش عددی بهینه که بتواند ناپیوستگی ها را در میدان حل تسخیر کند، انتخاب شد. همچنین نقاط ضعف و قوت هر مدل مشخص و آنالیز گردید. بررسی های صورت گرفته نشان دادند روش محدودکننده فلاکس مرکزی (flic) با دقت بیشتری می تواند ناپیوستگی های موجود در میدان حل را پیش بینی کند. همچنین مشخص گردید که مدل مستقل از فشار (pfm) می تواند ناپیوستگی های موجود در میدان حل را با دقت خوبی پیش بینی کند امّا تأثیر تراکم پذیری فاز گاز را در محاسبات میدان در نظر نمی گیرد و مدل چهار معادله ای (spm) در ناحیه ای که ریشه های معادله مشخصه مدل حقیقی است قادر به پیش بینی درست مجهولات میدان حل می باشد و در صورت مختلط شدن ریشه های معادله مشخصه مدل، در میدان حل ناپایداری های غیرفیزیکی که به صورت نمایی رشد می کنند ایجاد می شود. سپس مدل دوسیالی پنج معادله ای (tpm) مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش های عددی نشان داد که دو مدل به جواب های یکسان می رسند ولی مدل پنج معادله ای نسبت به مدل چهار معادله ای مقداری سبب پخش ناپیوستگی ها در میدان حل می شود. علاوه بر ریشه های معادله مشخصه مدل پنج معادله ای دوفشاره همواره حقیقی است و دیگر در میدان حل ناپایداری های غیرفیزیکی مشاهده نمی شوند. سپس جریان اسلاگ با استفاده از روش عددی بهینه بدست آمده و مدل های جریان دوفازی مدل سازی شد. نتایج نشان دادند که یک واحد اسلاگ از سه قسمت تشکیل شده است. قسمت اوّل که فصل مشترک گاز و مایع از حالت تعادل قدری به سمت پایین حرکت می کند. قسمت دوم که امواج فصل مشترک کوچک با طول موج کوتاه شکل می گیرند و در نهایت این امواج منجر به موج اسلاگ می شوند که یک موج بزرگ با طول موج بلند است. همچنین معلوم شد که عامل بوجود آمدن موج اسلاگ که یک موج بزرگ با طول موج بلند است، امواج فصل مشترک با طول موج کوتاه ناحیه دو می باشند که در اثر ناپایداری فصل مشترکی کلوین ـ هلمهلتز بوجود می آیند. نشان داده شد که طول موج این امواج فصل مشترک بر روی حد ناپایداری تأثیر دارد و با کاهش طول موج این حد کاهش می یابد. امّا ارتباط طول موج با حد ناپایداری کلوین ـ هلمهلتز در رابطه تحلیلی آن که از یک آنالیز اغتشاشات خطی بدست می آید لحاظ نشده است و این رابطه باید اصلاح شود.