Skip to main content
SUPERVISOR
سیدسعید مرتضوی راوری (استاد مشاور) احمدرضا رحمتی (استاد مشاور) محمود اشرفی زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Seyyed Meysam Khatoonabadi
سیدمیثم خاتون آبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Lattice Boltzmann Model for Simulation of Multiphase Flows with Large Density Ratios
The simulation of multiphase flows is one of the most challenging problems in engineering and industry. In this research the Gong and Cheng and the Kupershtokh exact difference method (EDM) are applied for the pseudo-potential Shan-Chen model. A study of various equations of state (EOS) is conducted to discover the Gong and Cheng model applicability. The proper beta parameter for each EOS is obtained by simulation and then various EOS are compared. In addition, a function is proposed to predict the best ? parameter for the Shan-Chen and cubic EOS which is noticeably accurate in comparison with the obtained parameters by simulation. It is found out that by means of the predicted equation for noncubic EOS the proper ? parameters in different temperature ranges can be calculated. Furthermore, this method and the Carnahan-Starling equation of state are coupled in the Shan-Chen multiphase lattice Boltzmann model and some major test cases such as the Laplace test, the bubbles coalescence, the squared bubble, and the segregation are simulated in high density ratios (800 and 8400). In addition, the process of a droplet impact on a solid surface is modeled by the Kupershtokh method at various Reynolds and Weber numbers. The effect of a variety of parameters such as the spread factor, the pressure, the density ratio, the droplet thickness and the contact angel are studied. The results illustrate a very good performance for the Shan-Chen model for large density ratios. It is found out that the Shan-Chen model is able to simulate large density ratio flows quite well for most simulations such as the Laplace test. However, it has some disadvantages such as the interface oscillation. Meanwhile, as the density ratio increases the interface oscillation and the convergence time increase dramatically. Although this model enjoys the ability to simulate high density ratio phenomena in static cases accurately, its performance deteriorates for more sophisticated problems because of large changes in the interface boundary and the instability of vapor density prediction. In spite of some drawbacks, this model is a powerful tool for the simulation of high density ratio flows and the results show that it can simulate multiphase flows with larger density ratios in comparison with other multiphase lattice Boltzmann models. Keywords: Lattice Boltzmann method, Shan-Chen model, Multiphase flows, Equation of
شبیه سازی جریان های چندفازی یکی از مسائل چالشی در مهندسی و صنایع مختلف می باشد. در این پژوهش روش های اختلاف محدود گانگ و چنگ و همچنین کوپراشتوخ در مدل شبه پتانسیل شان- چن اعمال شده اند. معادلات حالت مختلفی برای ارزیابی قابلیت روش گانگ و چنگ بکار رفته است. مقادیر پارامتر ? مناسب برای هر معادله ی حالت به کمک شبیه سازی بدست آمده و سپس معادلات حالت مختلف مقایسه شده اند. بعلاوه معادله ای برای پیش بینی مقادیر بهینه ی ? برای معادلات حالت شان-چن و مکعبی ارائه شده که دقت بالایی در مقایسه با نتایج شبیه سازی ها دارند. همچنین نتایج نشان می دهند که با یک ضریب ? ثابت برای معادلات حالت غیر مکعبی نمی توان چگالی های دقیقی پیش بینی نمود. لذا فرمولی که تابعی از دما می باشد جهت تخمین این ضریب برای معادلات حالت غیرمکعبی بدست آمده است. به کمک این روش و با استفاده از معادله ی حالت کارناهان-استارلینگ چندین شبیه سازی رایج از جمله آزمون لاپلاس، به هم آمیختگی حباب ها، قطره ی مکعبی و جدایی خودکار فازها در نسبت چگالی بالا (800 و 8400) مورد ارزیابی قرار گرفته اند. همچنین فرایند برخورد قطره با سطح جامد نیز به کمک مدل کوپراشتوخ در اعداد بدون بعد رینولدز و وبر متفاوتی مدل شده است. اثر پارامتر های مختلفی از جمله فاکتور پخش، فشار، نسبت چگالی، ضخامت قطره و زاویه ی سطح تماس مورد مطالعه قرارگرفته است. نتایج این شبیه سازی ها عملکرد بسیار خوب مدل شبه پتانسیل شان- چن در نسبت چگالی بالا را نشان می دهند. بر اساس نتایج بدست آمده مشخص شده است که روش اصلاح شده ی شان- چن در بیشتر شبیه سازی ها نظیر آزمون لاپلاس در چگالی بالا نتایج قابل قبولی دارد ولی معایبی نیز از جمله نوسانات سطح مشترک به همراه دارد. همچنین با افزایش نسبت چگالی نوسانات سطح مشترک و زمان همگرایی به شدت افزایش می یابد. اگر چه این مدل قابلیت شبیه سازی نسبت چگالی بسیار بالا را برای مسائل استاتیکی دارد قابلیت آن برای موارد پیچیده تر به دلیل تغییرات در مرز مشترک دو فاز و ناپایداری چگالی فاز بخار کاهش می یابد. با وجود این معایب، این مدل ابزاری توانا جهت شبیه سازی نسبت چگالی بالا است و نتایج نشان می دهند که مدل اصلاح شده شان- چن قابلیت شبیه سازی جریان های چندفازی با نسبت چگالی بالاتر نسبت به سایر مدل های چندفازی شبکه بولتزمن را دارد. کلمات کلیدی : روش شبکه بولتزمن، جریان چند فازی، مدل شان-چن، معادلات حالت

ارتقاء امنیت وب با وف بومی