توسعه روش ماسل- هنكاك براي مدل دو سيالي پنج معادله‌اي دوبعدي جهت شبيه‌سازي جريان هاي دوفازي گاز مايع

Extension of MUSCL-Hancock method for 2D five equation two-fluid model for simulation of gas-liquid two-phase flow

مدل‌سازي عددي جريان‌هاي دوفازي تراكم‌پذير يكي از موضوعات چالش برانگيز و مهم در مسايل كاربردي و تحقيقاتي به شمار مي‌رود. در اين مسايل اثرات متقابل شاك كه به عنوان يك ناپيوستگي در خواص سيال به حساب مي‌آيد با فصل مشترك دو فاز به عنوان يك ناپيوستگي ديگر، سبب بروز مشكلاتي در حل عددي و تسخير دقيق ناپايداري‌هاي فصل مشترك مي‌شود. هدف از انجام اين پژوهش، ارتقا دقت شبيه سازي عددي جريان‌هاي دوفازي با مدل دوسيالي پنج معادله‌اي است. بدين منظور از روش ماسل- هنكاك جهت ارتقا دقت روش عددي گودونوف و حلگر HLLC از مرتبه اول به مرتبه دوم استفاده به عمل آمد. از مزاياي اين شيوه مي‌توان به افزايش دقت، كاهش نوسانات و كاهش ديفيوژن عددي اشاره نمود. به منظور صحت‌سنجي الگوريتم عددي و بررسي ميزان كارايي آن، مسيله يك بعدي لوله ضربه دوفازي گاز- مايع و مسايل دوبعدي حركت فصل مشترك مربعي در جريان يكنواخت و مسيله اندركنش اصابت موج ضربه‌اي با ماخ 72/1 با حباب هوا درون استخر آب شبيه‌سازي شده و نتايج عددي با دقت مرتبه 1 و 2 با همديگر مقايسه شد. نتايج حاكي از آن است كه به ازاي دقت مرتبه 2، ديفيوژن عددي در فصل مشترك كاهش مي‌يابد.

Numerical modeling of compressible two-phase flow is a challenging and important subject in practical cases and research problems. In these problems, mutual effect of shock wave interaction creates a discontinuity in fluid properties and interface of two fluids as a second discontinuity lead to some difficulties in numerical approximations and estimating an accurate interface during hydro-dynamical capturing process. The objective of this research is to increase the accuracy of numerical simulation of two-phase flow using two-fluid model. For this purposes, MUSCL strategy was used for increasing the Godunov numerical scheme accuracy from 1st order to 2nd order. The privilege of this method is high accuracy, low numerical oscillation and low numerical diffusion. The problems considered for the verification of the results are the water-air shock tube, a square bubble with moving interface in a uniform flow and a shock wave with 1.72 Mach having interaction with an air bubble in a water pool. The obtained numerical results showed that, the results that have been obtained by second order accuracy have less diffusion in the two-phase flow interface.