بررسی جریان دوفازی به روش شبکه بولتزمن

جریان پر از حباب از مهم ترین فرآیندهای صنعتی و طبیعی است و برهم کنش بین حباب ها یک نقش بنیادین در این نوع جریان ها ایفا می کنند. ادغام و شکافتن حباب ها می تواند سطح وجه مشترک و نرخ انتقال جرم و حرارت را در راکتورهای ستون حباب و راکتورهای پاشش گاز شیمیایی و بایوشیمیایی را کنترل کند. با این وجود، مکانیزم های واقعی برهم کنش حباب ها به خوبی شناخته نشده است و برای پیدا کردن فاکتورهای اصلی و موثر بر این مکانیزم ها در جریان پر از حباب، می بایستی الگوهای جریان را اطراف حباب های منفرد در حال صعود و گروه های کوچک حباب ها را تحلیل کرد. در این مطالعه از روش شبکه بولتزمن که قابلیت مدل سازی جریان های چندفازی را به صورت صحیح و پربازده دارد، استفاده شد. روش شبکه بولتزمن به دلیل سادگی در برنامه نویسی، بازده ای بالا در حل موازی و توانایی در بدست آوردن وجه مشترک بین دو فاز متفاوت، نسبت به سایر روش های عددی برتری دارد. در این مطالعه از روش شان- چن برای شبیه سازی جریان ویسکوز غیرقابل تراکم با نسبت چگالی کم استفاده شد. برای تعیین کردن توانایی روش شبکه بولتزمن در این مطالعه در ابتدا یک شبیه سازی حباب ساکن انجام شد تا اختلاف فشار درون و بیرون حباب را حل کند. سپس شبیه سازی حباب در حال صعود برای شرایط متفاوت جریان با اعداد بی بعد آتوس، مورتون و رینولدز انجام شد. بر اساس مقادیر متفاوت اعداد آتوس و مورتون، شکل های متفاوت حباب حاصل شد و همچنین دینامیک گروه کوچکی از حباب ها شبیه سازی شد.