كاربرد روش نوآورانه شبكه بولتزمن آنتروپيك براي شبيه‌سازي جريان چند فازي در بستر متخلخل

Application of innovative entropic lattice Boltzmann method for multiphase fluid flow through porous media

در اين تحقيق، با استفاده از مدل جنبشي سرعت ثابت آنتروپيك كه اخيراً معرفي شده و با بكارگيري مدل شبه-پتانسيل شان-چن، جريان دوفازي، سيال هاي تراكم ناپذير و مخلوط نشدني در بستر متخلخل مورد مطالعه قرار مي‌گيرد. در يك دهه‌ي گذشته، استفاده از مدل‌هاي جنبشي آنتروپيك براي شبيه‌سازي جريان‌هاي چند فازي و چند جزئي مورد توجه فراوان قرار گرفته است. عدم وجود تابع آنتروپي براي يك مدل جنبشي به معني آن است كه نمي‌توان وجود يك حالت تعادلي مشخص و معين را تحت تمامي شرايط جريان، در تمامي نقاط و در همه‌ي زمان‌ها، براي سيال مورد نظر تضمين نمود. از اين رو شبيه‌سازي جريان‌هاي چند فازي با اختلاف دانسيته‌ي بالا، با استفاده از مدل‌هاي جنبشي متعارف (كه قانون دوم ترموديناميك را ارضا نمي‌نمايند) مي‌تواند دچار ناپايداري‌هاي عددي گردد. در اين تحقيق، دقت و پايداري مدل آنتروپيك سرعت ثابت جديد در مقايسه با مدل‌هاي شبكه بولتزمن متعارف با بررسي مسائلي همچون قانون لاپلاس، گستره زاويه تماس و شبيه‌سازي جريان در كانال دو بعدي، مورد ارزيابي قرار گرفته است. همچنين جريان دو فازي در بستر متخلخل شبيه‌سازي و نتايج مربوط به ضريب نفوذپذيري نسبي براي ترشوندگي‌هاي مختلف ارائه شده است. نتايج بدست آمده با دقت بسيار خوبي منطبق بر نتايج ارايه شده توسط ساير محققين مي‌باشد

In this research work, using the recently introduced entropic constant speed kinetic model and employing the Pseudo-Potential model of Shan and Chen (SC), two phase flow of incompressible and immiscible fluids through porous media is studied. Applications of the entropic kinetic models in simulating multi-phase and multi-component flows have been thoroughly investigated, during the past decade. Lack of an entropy function, in a kinetics based model, implies that the existence of a unique equilibrium state, under all flow conditions and for all positions and times, cannot be guaranteed by the model. Hence, simulation of two multi-phase flows with high density ratios, using the conventional kinetic models (which do not satisfy the second law of thermodynamics) may not yield proper results, due to numerical instabilities. In this research, performing numerical simulations, the accuracy and stability of the recently introduced constant speed kinetic model and the conventional lattice Boltzmann models have been compared with each other. The present simulations include the verification of the Laplace Law and the contact angles and two phase flow through simple channels. In addition to the above, two phase flow in porous media has been simulated and the relative permeability vs wettability has been reported. The obtained results are in excellent agreement with previous results reported by others researchers.