بررسی توزیع میکروذرات در کانال با وجود مانع مربعی و جریان ورودی نوسانی با استفاده از روش شبکه بولتزمن

در مطالعه حاضر روش شبکه بولتزمن برای شبیه سازی جریان هوا در یک کانال با وجود مانع و جریان نوسانی ورودی بکار گرفته شده است. با استفاده از میدان سرعت گذرای بدست آمده، رفتار ذرات با دیدگاه لاگرانژی مورد بررسی قرار گرفته است. جریان آرام، تراکم ناپذیر، گذرا و دوبعدی در نظر گرفته شده است. نیروهای پسار ، برار سافمن ، وزن، شناوری و براونی در معادله حرکت ذره در نظر گرفته شده-اند. در تحقیق حاضر اثرات گرانش، فرکانس و دامنه نوسان و قطر ذرات بر روی ته نشینی و پخش ذرات مورد بررسی قرار گرفته است. در شبیه سازی حاضر عدد رینولدز ثابت و برابر با 150 می باشد. نسبت چگالی ذرات به چگالی جریان برابر با 1000 و عدد استوکس بین 001/0 تا 4 در نظر گرفته شده است. نتایج به صورت نمایه های گردابه، توزیع لحظه ای ذرات و نمودارهای ته نشینی روی مانع و ته نشینی کل ارائه شده است. نتایج نشان می دهند با زیاد شدن دامنه نوسان در فرکانس پایین، محل تشکیل گردابه ها به پشت مانع نزدیک تر می شود. در فرکانس 3 برابر فرکانس طبیعی ریزش گردابه افزایش دامنه اثر قابل توجهی در محل تشکیل گردابه ها نمی گذارد. طول ناحیه ی چرخشی پشت مانع با افزایش نسبت فرکانس تا 2 کاهش می یابد اما با افزایش بیش تر تا 3 طول ناحیه ی چرخشی افزایش می یابد. در تمام فرکانس های ورودی طول ناحیه ی چرخشی پشت مانع با افزایش دامنه افزایش می یابد که بیش-ترین آن در نسبت فرکانس 2 و کم ترین آن در نسبت فرکانس 3 می باشد. نتایج شبیه سازی حرکت ذرات نشان می دهند ته نشینی ذرات با اعداد استوکس 1/0 و کم تر از آن روی مانع ناچیز است. با زیاد شدن عدد استوکس از 5/0 تا 4 ته نشسینی روی مانع زیاد می شود. البته نرخ رشد ته نشینی بین اعداد استوکس 5/0 تا 2 بیش تر از نرخ رشد ته نشینی از عدد استوکس 2 تا 4 می باشد. با قرار گرفتن کانال در حالت افقی ذرات بیش تری روی سطح پایینی کانال تهنشین می شوند. با افزایش عدد استوکس ذرات بیش تری روی سطح پایینی کانال تهنشین می-شوند. در فرکانسی برابر با فرکانس طبیعی ریزش گردابه و عدد استوکس 01/0 ذرات بیش تری با افزایش دامنه ی نوسان وارد هسته های نواحی چرخشی می شوند. ذرات با عدد استوکس 1/0 با افزایش دامنه ی نوسان بیش تر وارد ناحی ی چرخشی پشت مانع می شوند. در نسبت فرکانس 3 ذرات با عدد استوکس 1 توزیع یکنواخت تری با افزایش دامنه پیدا می کنند. با زیاد شدن دامنه نوسان در نسبت فرکانس ورودی ثابت ته نشینی ذرات روی مانع زیاد می شود. برای ذرات با عدد استوکس کم تر از 3، افزایش فرکانس تا نسبت فرکانس 2 ته نشینی افزایش می-یابد و بعد از آن کاهش می یابد. برای ذرات با اعداد استوکس 3 و 4 با افزایش فرکانس جریان ورودی در دامنه ی نوسان ثابت، ته نشینی ذرات را روی مانع کاهش می یابد.