شبيه‌سازي عددي رفتار ديناميكي سقوط دو قطره مجاور با استفاده از روش شبكه بولتزمن

Numerical Simulation of Dynamic Behavior of Falling Two Adjacent Droplets Using Lattice Boltzmann Method

در مقاله‌ي حاضر با استفاده از مدل پتانسيل بين مولكولي روش شبكه‌ي بولتزمن سقوط قطره‌ي منفرد و دو قطره‌ي مجاور يك ديگر در اثر نيروي وزن و در يك كانال عمودي با ديوارهاي اطراف در شرايط متفاوت اثرات ديوار بررسي شده است. نتايج شبيه‌سازي نشان داده است، اگر مركز قطره‌ي رها شده، در زمان اوليه روي محور تقارن عمودي كانال باشد، اين قطره روي همان محور تغيير شكل مي‌دهد و روي خط مستقيم حركت مي‌كند؛ اما اگر در نزديكي ديوار رها شود، به علت اثرات گوناگون، قطره از محور عمودي اوليه‌اش منحرف شده و اگر عدد بي بعد اتوس خيلي پايين نباشد (Eo > 5) حركت نوساني ايجاد مي‌شود كه با افزايش عدد بي‌بعد اتوس دامنه‌ي اين نوسانات افزايش مي‌يابد. اگر دو قطره كه مركز آن‌ها روي محور عمودي كانال با ارتفاع متفاوت قرار دارد رها شوند، به علت كاهش نيروي درگ در قطره‌ي بالايي در نهايت با هم برخورد كرده و تشكيل يك قطره‌ي بزرگ‌تر مي‌دهند. در بخش پاياني مقاله نشان داده شد كه اگر دو قطره در راستاي عمودي و افقي متفاوت نسبت به هم رها شوند، تحت تاثير اثرات نامتقارني، تنش‌هاي لزجي و ساختارهاي پيچيده‌ي جريان و گردابه‌هاي اطراف قطره‌ها پديده‌هاي جالبي مانند برخورد نامتقارن در عدد اتوس پايين و كشيده شدن قطره‌ي بالايي در عدد اتوس بالا مشاهده مي‌شود.

In the present study, falling a single droplet and two adjacent droplets under gravity force, in the vertical channel with side walls and for different situations of wall effects are simulated, using the inter molecular potential model of lattice Boltzmann method. Dynamic behavior of falling droplet is simulated. The simulation results are shown in the falling droplet with initial lateral position on the centerline (vertical axis of symmetry) of channel, the droplet has been moved down straight along the centerline with no lateral motion. For the falling movement of the droplet near wall, due to various effects on droplet, it has been diverted from its initial vertical axis. If Eotvos number is not very low (5 < Eo in this study) oscillatory trajectory is created and the droplet oscillates between the wall and the vertical axis of symmetry. With increasing Eotvos number the oscillatory amplitude increases. When two droplets are initially settled at the vertical axis of symmetry with one droplet above the other, the trailing droplet accelerates into the wake of the leading droplet and its drag reduce and finally merges with it into a new droplet with a larger size. Finally, it is shown when two droplets are initially settled on the different horizontal and vertical directions and one droplet above the other, interesting phenomena such as asymmetric collision and stretch of the above droplet are observed.