حل عددي جريان حبابي در يك كانال انحنا دار با استفاده از روش رديابي جبهه

A numerical study of bubbly flow in a curved duct using front tracking method

در اين مقاله جريان حبابي تراكم ناپذير ويسكوز در داخل كانال انحنا دار تحت اثر گراديان فشار بصورت عددي با استفاده از روش رديابي جبهه شبيه سازي شده است. براي اينكار معادلات ناوير استوكس به روش تفاضل مركزي با دقت مكاني درجه دو گسسته سازي شده و با استفاده از الگوريتم تصوير با بهره گيري از پردازش موازي در مختصات استوانه اي حل شده است. شبكه استفاده شده از نوع شبكه جابه جا شده و يكنواخت مي باشد. نتايج حاصل نشان مي دهد كه در صورت عدم وجود شتاب گرانش در مسيله، جريان در داخل كانال انحنا دار را مي توان به دو ناحيه جدا از هم نسبت به صفحه مياني كانال تقسيم نمود. در واقع اين صفحه، صفحه تقارن در جريان بدون حباب مي باشد كه مانع از اختلاط دو جريان نيمه بالا و نيمه پايين كانال مي شود. در ميدان بدون جاذبه تعداد 12 حباب با قطر 0.125 واحد طول ديواره، در جريان اصلي در نظر گرفته شده است كه در لحظه شروع به صورت يكنواخت در داخل كانال توزيع شده اند. نتايج بدست آمده نشان مي دهد كه در نبود شتاب ثقل، حباب ها در نهايت به صورت آماري پايا شده و داراي مسير حركت ثابتي خواهند بود. در اين حالت اثر پارامترهاي فيزيكي مختلف مانند عدد رينولدز، انحنا كانال، عدد دين در حركت حباب ها بررسي شده است.

In this article bubbly flow under the specified axial pressure gradient in a curved channel is studied numerically. To do so, a second order parallelized front-tracking/finite-difference method based on the projection algorithm is implemented to solve the governing equations including the full Navier-Stokes and continuity equations in the cylindrical coordinates system using a uniform staggered grid well-fitted to the geometry concerned. In the absence of gravity the mid-plane parallel to the curved duct plane, which is the symmetry plane in the single fluid flow inside the curved duct, separates the bubbly flow into two different flow regions not interacting with each other. Twelve bubbles with diameters of 0.125 wall units are distributed in equally spaced distances from each other. The numerical results obtained indicate that for the cases studied here, the bubbles reach the statistical steady state with an almost constant final orbital motion path due to the strong secondary field. Furthermore, the effects of different physical parameters such as Reynolds number, and curvature ratio on the flow field at the no-slip boundary conditions, are investigated in detail.