شبیه سازی سه بعدی تلاطم سیال در مخازن مستطیلی دوفازی تحت ارتعاشات عرضی با روش vof

در تحقیق حاضر تلاطم در مخزن دو و سه بعدی مستطیلی با فرض پر بودن مخزن از دو فاز گاز و مایع با تحریک در راستای عرضی به صورت نوسانی بررسی شده است. معادلات حاکم بر دو فاز گاز و مایع که معادله ناویر استوکس است، با روش حجم محدود گسسته سازی شده است. سطح مشترک دو فاز مایع و گاز، با استفاده از روش حجم سیال به دست آمده است. کلیه گسسته سازی معادلات و شبیه سازیها در نرم افزار اپن فوم می باشد. نتایج حل عددی حاضر با نتایج آزمایشگاه ی و تحلیلی مقایسه شده است و تطابق خوبی بین نتایج عددی و آزمایشگاه ی است. مدل های مختلف اغتشاشی مقایسه شد و مدل گردابه بزرگ دقیق تر می باشد. نتایج فرض مغشوش دقیقتر از فرض آرام می باشد. در مقایسه نتایج با فرض تراکم پذیری و تراکم ناپذیر، مشاهده شد فرض تراکم ناپذیر بودن کاملاً صحیح می باشد. تحریک مخزن با فرکانس طبیعی اول، بیشترین نوسان سیال مایع را به دنبال خواهد داشت. فرکانس طبیعی در حالت دو و سه بعدی در تحریک در یک راستای مشخص یکسان می¬باشد. در تحریک مخزن با فرکانس طبیعی اول که بیشترین تلاطم سطح مشترک مایع و گاز را دارد در سقف مخزن نزدیک به دیواره بیشترین فشار را داریم که نقطه ی بحرانی در مخزن می باشد. بسته به دامنه و فرکانس تحریک خارجی، تلاطم در مخزن مستطیلی را می توان با فرض دو بعدی در نظر گرفت. در فرکانس های دورتر از فرکانس طبیعی اول تاثیر دیواره اطراف بیشتر شده و بسته به عرض دیواره می¬توان مخزن را به صورت دو بعدی یا سه بعدی در نظر گرفت. با نزدیک شدن فرکانس تحریک به فرکانس طبیعی اول تاثیر دیواره ها کاهش یافته و می توان تا یک دامنه مشخص مخزن را به صورت دو بعدی در نظر گرفت. اما در حالت های که دامنه تحریک از مرتبه طول مخزن باشد تحریک کاملاً مغشوش و باید به صورت سه بعدی در نظر گرفته شود. برای کاهش تلاطم در مخزن راهکارهای از جمله قرار دادن بافل و افزایش چگالی فاز گاز به کار برده می¬شود. بافل های نصب شده در کف مخزن تلاطم سطح سیال مایع و به طبع فشار وارد به دیواره را کاهش می دهند. بافل عمودی با ارتفاع نصف سیال مایع حالت بهینه ی را بین نیروی وارد بر بافل و کاهش تلاطم ایفا می کند که به عنوان حالت بهینه در نظر گرفته شده است. بافل نصب شده در قسمت مایع در هر ارتفاعی فشار وارد به دیواره در سطح سیال را کاهش نمی دهد و در صورتی که این فشار وارد به این ناحیه مد نظر باشد از افزایش چگالی فاز گاز استفاده می شود. از مهمترین قسمت¬های مورد توجه در این تحقیق تعیین محل بهینه ی بافل در مخزن می باشد. در تحقیقات گذشته بافل در قسمت سیال مایع نصب می گردید اما نصب بافل در قسمت گاز به صورت عمودی که فقط با سطح سیال مایع مماس می باشد علاوه بر کاهش تلاطم نیروی خیلی کمتری به بافل وارد می گردد.