شبيه سازي هيدروديناميكي بستر سيالي مايع – جامد با سيال غير نيوتني قانون تواني با استفاده از روش شبكه بولتزمن و نمايه هموار

Hydrodynamic Simulation of Liquid-Solid Fluidized Bed with Non-Newtonian Power-law Fluids Using SPM-LBM Method

در اين تحقيق به كمك روش تركيبي شبكه بولتزمن و نمايه هموار بستر سيالي مايع-جامد با سيال غيرنيوتني قانون تواني مدل‌سازي شده است. هندسه بستر كانال استوانه‌اي حاوي ذرات كروي با قطرهاي يكسان مي‌باشد. مدل هيدروديناميكي سيال بر مبناي روش شبكه بولتزمنِ باتناگار-گروس-كروك بوده و جهت برقراري شرط عدم لغزش در فصل مشترك جامد – مايع از روش نمايه هموار استفاده شده است. جهت بررسي قابليت روش مطرح شده در مدل‌سازي بسترهاي سيالي غيرنيوتني، يك نمونه بستر سيالي با 416 ذره به صورت عددي مدل شده و نتايج مدل‌سازي براي يك سيال نيوتني (آب) و دو سيال غيرنيوتني قانون تواني به عنوان سيال عامل بستر بررسي و با نتايج تجربي ارائه شده توسط محققان مقايسه گرديده است. ارزيابي‌ها براي حداقل سرعت سياليت سيالات غيرنيوتني با رابطه تجربي يو انجام شده، همچنين براي تخلخل و ارتفاع بستر، نتايج مدل‌سازي سيال نيوتني با رابطه تجربي ريچاردسون-زاكي و سيالات غيرنيوتني با رابطه ميشاس و آلبرچيوا مقايسه شده است، كه با توجه به ميزان خطاي ميانگين روابط تجربي استفاده شده در هر مورد توافق خوبي ميان نتايج عددي و تجربي مشاهده شده است.

In the present study, a combined Lattice Boltzmann method-smoothed profile method is used for simulation of a liquid-solid fluidized bed with non-Newtonian Power-law fluids. The geometry is contained circular monodisperse particles in a cylindrical channel. The hydrodynamic model of the flow is based on the Bhatnagar–Gross–Krook Lattice Boltzmann method and the smoothed profile method is adopted to enforce the no-slip boundary condition at the liquid-solid interface. A numerical instance of a fluidized bed involving 416 particles is presented to demonstrate the capability of the combined scheme. The results for both Newtonian and non-Newtonian liquids have compared with the experimental results of other researchers. Porosity and bed height results of Newtonian fluid (water) compared with the Richardson-Zaki equation which was showed good correspondence. Non-Newtonian fluid results compared with the Yu equation for estimating minimum fluidization velocity and the Machač-Ulbrichová equation for porosity and bed height, yet by considering uncertainty in non-Newtonian equations results of comparisons are acceptable.