تحليل عددي عبور قطره هم مقياس با حفره هاي يك محيط متخلخل با استفاده از روش شبكه بولتزمن

Numerical Analysis of ِSame Scales Droplet-Particle Interaction Inside a Porous Medium, Using Lattice Boltzmann Method

جريان‌هاي چندفازي در محيط‌هاي متخلخل هم در طبيعت و هم در صنعت از اهميت بالايي برخوردارند. هدف اصلي اين پژوهش بررسي اثرات اندركنش قطرات با يك محيط متخلخل است. جريان چند‌فازي در محيط متخلخلي، شامل موانع دايره‌اي شكل در رژيم‌ غيردارسي در گراديان هاي فشار مختلف، مورد بررسي قرار گرفته‌ است. از يك محيط متخلخلي كه قبلا" مايعي در آن جريان دارد، قطره‌اي با خواص متفاوت عبور‌‌داده كه برخورد اين قطره با محيط متخلخل الگوهاي مختلف شكست، حبس و يا به هم پيوستن را ايجاد مي نمايد. روش عددي شبكه بولتزمن كه در محيط متخلخل به همراه جريان‌ چندفازي قابليت و انعطاف‌پذيري بالايي از خود نشان داده، مورد استفاده قرار گرفته است. پارامترهاي موثر و اعداد بدون بعد مهم مرتبط با جريان چندفازي (مثل عدد آنسرج، عدد كاپيلاري، نسبت چگالي فاز‌ها) مورد بررسي قرار گرفته‌اند. مقادير فشار بي بعد وارده، 000108/0، 000144/0 و 000180/0 و محدوده آنسرج مورد بررسي 19/0-76/0 مي‌باشند. نتايج به دست آمده نشان مي‌دهد كه جريان چندفازي پيچيدگي ها و فاكتورهاي موثر زيادي داشته كه بررسي همزمان آن‌ها ضروري است. فاكتورهاي مرتبط‌ با قطره و فاز زمينه، مانند تنش سطحي و نسبت چگالي قطرات در كنار خصوصيات جريان (مانند گراديان فشار) بسيار موثر بوده و تنوعي از حالات شكست، حبس و به هم پيوستن قطره(ات) را به وجود مي‌آورد. از نقاط برجسته اين تحقيق اين كه نتايج شبيه‌سازي‌هاي صورت گرفته قابليت پيش بيني رفتار قطرات در محيط متخلخل را با فرضيات و روش‌هاي مورد استفاده در اين پژوهش با دقت بالايي امكان‌پذير مي‌سازد.

Multiphase flows, combined with porous media, with application in both nature and industry are greatly important. The main objective of this research is to analyze drop interaction with porous media. Multiphase flow through a porous medium, including circular obstacle in non-Darcian regime at different pressure gradients was investigated. The porous medium, wherein a liquid flow was present, a drop with different fluid properties was forced to pass. The drop impact with porous medium leads to different patterns: break-up, trap, and coalescence. Lattice Boltzmann method (LBM), which has shown high capability and flexibility in relation with multiphase flows combined with porous media, have been implemented. The effective dimensionless numbers related to this flow (such as, Ohnesorge, Capillary number, and density ratio of the two phases) were thoroughly analyzed. The values of exerted dimensionless pressure were 0.000108, 0.000144, and 0.000180 and the range of Ohnesorge was 0.19-0.76. Our results show that there are high complexity and many effective factors, which necessitate their concurrent examinations. The effects of factors connected to drop and secondary phase properties (such as, surface tension and density ratio), along with flow characteristics (such as pressure gradient), are considerable. Consequently, the simulations of this study, using certain assumptions and methods, show excellent capability to predict drop behavior in porous media, which is the valuable feature of this study.