شبيه‏سازي نفوذ قطره دو بعدي در داخل محيط متخلخلبا استفاده از روش بولتزمن شبكه‏اي

Simulation of 2D droplet penetration in porous media using lattice Boltzmann method

شبيه‏سازي جريان دوفازي موضوع تحقيقات بسياري بوده است. با اين حال بررسي آن در داخل محيط متخلخل به علت پيچيدگي مضاعف آن كمتر مورد مطالعه قرار گرفته است. در اين مقاله جريان دوفازي با نسبت چگالي و لزجت يك در داخل محيط متخلخل به روش شان و چن شبيه‏سازي شده است. به علت محدوديت ذاتي اين روش و ضعف آن در كنترل مستقل كشش سطحي، تاثير پارامتر‏هايي نظير عدد رينولدز و وبر قابل ارزيابي نمي‏باشد. اما با اين حال مي‏توان با تغيير ميدان متخلخل و زاويه تماس تاثير پارامتر‏هاي مربوط به محيط متخلخل از قبيل عدد دارسي و زاويه تماس را مطالعه نمود.رقابت ميان نيروي مخالف در برابر حركت قطرهو اثر مويينگي در اثر حضور ذرات محيط متخلخل، به كمك عدد دارسي توصيف شده است. همچنين تاثير زاويه تماس ميان فاز‏هاي مايع-گاز و سطح جامد بر ميزان نفوذ قطره در داخل محيط متخلخل ارزيابي گرديده است.

Two-phase flow modeling has been the subject of many investigations. However, few studies are corresponded for two-phase flow within a porous medium, because of additional complications. Inthispaper,two-phase flowwiththedensityandviscosity ratio of 1, withinaporous mediumis simulatedbyShanand Chen model. Due toinherentlimitationsand weaknesses ofthisapproachinan independent control of surface tension, investigation of parameterssuch asReynolds number, FroudeandWeberis notapplicable. However, porous medium parameters such as Darcy number and contact angle could be studied by changing the porous medium and contact angle. Competition betweenopposingforcesagainstthedropandthe capillaryeffect because ofincreasingthenumber ofparticles inthe porous mediais described using the Darcy number. Also theeffect ofthe contact anglebetweenliquid-gasphasesand the solid surface is evaluated onthedroplet penetration insidethe porous medium.