شبيه‌سازي تقطير بخار بر روي صفحه تخت با استفاده از روش لتيس بولتزمن

Simulation of steam condensation on the plate by LBM method

در اين مقاله، تقطير بخار و رشد كردن قطره روي ديواره سرد افقي و همچنين افتادن قطره از روي صفحه عمودي شبيه‌سازي شده است. روش بكار رفته روش بولتزمن شبكه‌اي و مدل مورد استفاده مدل لي است كه در نسبت‌هاي چگالي و ويسكوزيته زياد پايدار است. اين روش همراه با حل معادله دما و اضافه كردن يك عبارت چشمه تغيير فاز به معادله اصلي لي، مورد استفاده قرار گرفته است. مدل لي بر فرضيات كان-هيليارد و فرض تراكم ناپذيري جريان استوار است. در تحقيق حاضر به علت وجود تغيير فاز شرط ديورژانس آزاد ميدان سرعت برقرار نخواهد بود. حل ميدان دما كه با استفاده از روش اسكالر منفعل صورت گرفته از حل ميدان جريان جداست و فرض بوزينسك باعث تاثيرپذيري ميدان جريان از ميدان دما مي شود. شبيه‌سازي به صورت دو بعدي مي‌باشد و از مدل D2Q9 استفاده شده است. نتايج حاصل از شبيه‌سازي در شبكه‌بندي هاي مختلف مقايسه شده است. در اين مقاله اثر جاذبه، زاويه تماس تعادلي قطره و ديواره و دماي سرد ديواره بر افزايش ضخامت قطره و همچنين قانون بقاي جرم بررسي شده است. در انتها ميدان جريان براي تكرار هاي مختلف تحليل و خطوط جريان رسم شده است. مزيت اين شبيه‌سازي، تقطير به روش لي در نسبت چگالي بالا است كه در اين مقاله نسبت چگالي 25 داراي جواب قابل قبولي است.

In this paper, based on lattice-Boltzmann method (LBM), the steam condensation and growth of a droplet on the horizontal cold wall, falling down on vertical wall has been simulated. The Lee’s LBM model which is stable in the high density and viscosity ratios is used. This method is accompanied by solving the temperature equation and adding a phase change source term. The Lee model is based on Cahn-Hilliard theory which is assumed to be incompressible flow and therefore the velocities of the flow are divergence-free. When phase change occurs this condition will not be satisfied. A phase change source term is added on the interface of gas and liquid phase. Solution of temperature field in a passive scalar method of solving the flow field is separated and Boussinesq assumption would be influence the flow field of the temperature field. Density ratio of 25, which is the density ratio of steam and water is considered in this paper. The model is extended to two dimensions (D2Q9) to simulate droplet condensation. The simulation results are compared in various grids. The effects of gravitational acceleration, equilibrium contact angle, the cold wall and also the mass conservation, have been investigated separately. Finally the stream field for the different time step has been analyzed.