بررسی عددی فرآیند ذوب در یک نیمکره به صورت دوبعدی با منبع حرارتی در داخل آن توسط روش شبکه بولتزمن

درپژوهش حاضر، فرآیند ذوب در یک نیم¬کره با منبع حرارتی در داخل آن به کمک روش عددی شبکه بولتزمن مورد بررسی قرار گرفته است. نیم¬کره به صورت دو بعدی در نظر گرفته شده است و مرزهای آن عایق می¬باشند. منبع حرارتی مستطیلی شکل با دمای ثابت درون نیم¬کره قرار دارد که مساحت آن ثابت می¬باشد. برای شبیه¬سازی میدان¬های چگالی، سرعت و دما از تابع توزیع چندتایی استفاده شده است. روش آنتالپی بر اساس شبکه بولتزمن برای مدل کردن مساله تغییر فاز به کار گرفته شده است. از مدل شبکه d2q9 برای میدان¬¬های چگالی و سرعت و d2q5 برای میدان دما استفاده شده است. اعتبارسنجی با مقایسه نتایج ذوب جابجایی طبیعی در یک حفره مستطیلی با مطالعات عددی پیشین صورت گرفته است. شبیه¬سازی¬ها برای سرب با عدد استفان 86/0 و عدد پرانتل 0236/0 انجام شده است. نتایج نشان می دهند که روش آنتالپی بر اساس شبکه بولتزمن در مسائل تغییر فاز مناسب است و مشکلات روش¬های دیگر درزمینه تغییر فاز را ندارد. اثر تغییرات نسبت هندسی منبع حرارتی (5/7-5-5/2-1)، عدد رایلی (105-104-103) و زاویه قرارگیری منبع¬های حرارتی (45-15-0) بر روی پدیده ذوب مورد بررسی قرار گرفته¬ است. برای بررسی تاثیر موقعیت منبع حرارتی از دو منبع حرارتی در مساحت کل ثابت در زوایای مختلف استفاده شده است. مشاهده شد که افزایش نسبت هندسی منبع موجب کاهش زمان انتهایی ذوب و افزایش کسر مایع ذوب¬شده می¬گردد. با افزایش عدد رایلی، جابجایی طبیعی تقویت شده که موجب بالا رفتن نرخ ذوب می-شود. بالاترین نرخ ذوب وقتی مشاهده می¬شود که در نسبت هندسی 5/7 و عدد رایلی 105 از دو منبع حرارتی در زوایای 45 درجه استفاده شود.