شبیه سازی عددی قطره در جریان پواسل تحت اثر نیروی شناوری

حرکت قطرات شناور در بازه وسیعی از کاربردهای عملی استفاده می شود. که این شامل جریان نفت و آب داخل لوله ها، بازیابی نفت درون محیط متخلخل، املاح مخلوط در آب و فرایندهای پلیمری می شود. مهاجرت جانبی ذرات شکل پذیردر جریان پواسل موضوع بسیاری ازتحقیقات بوده است.مهاجرت جانبی اجسام شناور در سیال دیگر در فرایندهای انتقالی بسیار مهم است، که جرم، مومنتوم و انرژی تغییر می کند. مهاجرت جانبی قطره شناور در جریان پواسل به صورت عددی در حالت دوبعدی بررسی شده است. مکانیزم مهاجرت تک قطره توسط فنگ و همکاران شرح داده شده است. نیروی رانش دیواره که به عنوان اثر روانکاری شناخته می شود، قطره را به سمتمرکز کانال می راند. یک نیروی لیفت مگنوس بر روی قطره بسته به چرخش قطره و سرعت لغزشی قطره عمل می کند. جهت این نیروی لیفت بستگی به این دارد که قطره از جریان جلو بیفتد یا از جریان عقب بیفتد. برای نسبت چگالی های کمتراز یک قطره از جریان جلو میفتد و این این نیرو در جهت دیواره کانال است. وقتی نسبت چگالی بیشتر از یک شود، قطره از جریان عقب میفتد و این نیرو به سمت مرکز کانال می شود. انحنای پروفیل سرعت هم یک نیروی جانبی را تحمیل می کند که همواره قطره را به سمت دیواره می راند. از طرف دیگر، اینرسی جریان یک نیروی جانبی ایجاد می کند که به عنوان لیفت اینرسی(لیفت سافمن) شناخته می شود که تابع جهت سرعت لغزشی است. مکان تعادل قطره نتیجه توازن بین نیروهای مذکور است. در نسبت چگالی های کمتر از یک برای قطره با نیروی شناوری کم،قطره به مکانی در نزدیکی دیواره مهاجرت می کند. اگر نیروی شناوری قطره خیلی زیاد باشد، مکان تعادل به سمت مرکز می رود.همچنین در نسبت چگالی های بیشتر از یک، قطره به سمت مرکز کانال مهاجرت می کند. مکان تعادل به عدد فرود بستگی دارد. همچنین مکان تعادل به تغییر شکل و اینرسی جریان هم وابسته است. وقتی که عدد کپیلاری افزایش می یابد، مکان تعادل برای هرنسبت چگالی از دیواره دور می شود. همچنین اثر عدد رینولدز بر روی مکان تعادل در چند شبیه سازی مطالعه شد. در یک عدد فرود بالا، قطره نوسانهای با دامنه محدوددرمرکز کانال دارد. در یک عدد رینولدز نسبتاً بالا (120)و یک عدد فرود متوسط (43) قطره یک نوسان در عرض کانال را نشان می دهد و به یک مکان تعادل پایدار نمی رسد. مکان تعادلقطره انطباق خوبی با نتایج عددی برای ذرات صلب دارد. سوسپانسیون قطرات شناور در دو کسرسطحی کم و متوسط در اعداد رینولدز محدود در جریان پواسل مورد مطالعه قرارگرفته است. جریان بر اساس تابعی از عدد کپیلاری، عدد رینولدز، عدد فرود و نسبت چگالی مطالعه شده است. چسبندگی موثر با افزایش عدد موئینگی کاهش می یابد. درهر دو کسر سطحی در نسبت چگالی های بیشتر از یک، چسبندگی موثر با افزایش عدد فرود افزایش می یابد ودر نسبت چگالی های کمتر از یک، با افزایش عدد فرود کاهش می یابد.اثر عدد رینولدز روی چسبندگی موثر مشابه اثر عدد فرود است.تفاوت این دو کسرسطحی، در درجه آزادی بیشتر برای حرکت قطره در کسرسطحی کم است.