شماره مدرك :
16836
شماره راهنما :
1831 دكتري
پديد آورنده :
قريبي، فرشاد
عنوان :

بررسي جريان دوجزئي سيال در محيط متخلخل با استفاده از يك مدل شبه پتانسيل اصلاح شده در روش شبكه بولتزمن

مقطع تحصيلي :
دكتري
گرايش تحصيلي :
تبديل انرژي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1400
صفحه شمار :
شانزده، 152ص.:مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
محمود اشرفي زاده
استاد مشاور :
محمدرضا توكلي نژاد
توصيفگر ها :
روش شبكه بولتزمن , جريان چندجزئي وچندفازي سيال , محيط متخلخل , روش ممان مركزي
استاد داور :
احمدرضا پيشه ور، ابراهيم شيراني، جواد ابوالفضلي اصفهاني
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/09/14
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
دانشكده :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/09/14
كد ايرانداك :
2789107
چكيده فارسي :
جريان چند فازي و چند جزئي سيال و پديده هاي مربوط به اين نوع از جريان از مسائل بسيار پراهميت در بسياري از فرايندهاي مهم صنعتي و طبيعي مي باشد. يكي از روش هاي مورد توجه براي شبيه سازي جريان چندفازي و چندجزئي ، روش شبكه بولتزمن مي باشد. اما مدل هاي به كار گرفته شده در روش شبكه بولتزمن در بسياري از مسائل قادر به شبيه سازي جريان دوجزئي با خواص نزديك به فيزيك واقعي نمي باشند، به عنوان مثال مدل هاي موجود در شبيه سازي نسبت ويسكوزيته يا نسبت چگالي بالا با مشكلات فراواني روبرو هستند. لذا براي بررسي پديده هاي مختلف دوجزئي و شبيه سازي فرايندهاي دوجزئي، نياز به افزايش قابليت هاي مدل هاي دوفازي و دو جزئيموجود مي باشد. اين پژوهش به تدوين و توسعه روش شبكه بولتزمن براي شبيه سازي جريان دو جزئي سيال با توانايي ايجاد تغيير در نسبت ويسكوزيته و ايجاد نسبت ويسكوزيته بالا در شبيه سازي فرايندهاي مختلف دوجزئي پرداخته است. در اين پژوهش، تلاش گرديده است تا عوامل موثر بر پايداري روش شبه پتانسيل دو جزئي در تغيير ويسكوزيته جزءها بررسي گردد و با يافتن راهكار مناسب براي اصلاح مدل شبه پتانسيل و ايجاد اصلاحات در روش شبكه بولتزمن دو جزئي، امكان تغيير نسبت ويسكوزيته ايجاد گردد. اين بررسي و اصلاحات شامل تغيير در مدل برخورد و نحوه ي محاسبه و اعمال نيروي بين جزءها(دو سيال غيرقابل امتزاج) مي باشد. سپس قابليت مدل اصلاح يافته براي ايجاد نسبت ويسكوزيته بالا در جريان سيال مورد بررسي قرار گرفته و تأثير نسبت ويسكوزيته هاي مختلف بر جريان دوجزئي سيال بررسي شده است. براي حل مدل دوجزئي روش شبكه بولتزمن كد نويسي با قابليت پردازش موازي بر روي كارت گرافيك انجام گرديده و تأثير نسبت ويسكوزيته، زاويه تماس سطح و كشش سطحي بر جريان سيال بررسي شده است. از آنجا كه براي بدست آوردن نتايج دقيق و مناسب در شبيه سازي جريان سيال در محيط متخلخل، روش شبيه سازي و تنظيمات پارامترهاي آن بسيار تأثير گذار است؛ لذا با توجه به اينكه در اين پژوهش، مدل شبيه سازي اصلاح گرديده و از مدل برخورد جديدي استفاده شده است كه قابليت آن در شبيه سازي جريان سيال در محيط متخلخل بررسي نشده است، ارزيابي دقيق مدل هاي برخورد وشروط مرزي و بررسي توانايي اين مدل ها در شبيه سازي دقيق جريان سيال از رژيم استوكس تا رژيم اينرسي وعددهاي رينولدز بالا درمحيط متخلخل نيز مورد بررسي قرار گرفته است. در ادامه قابليت مدل ارئه شده در شبيه سازي پديده هاي مربوط به جريان سيال درمحيط متخلخل از جمله پديده نفوذ بر اثر خاصيت مويينگي و پديده انگشتي شدن بررسي گرديده است. و در پايان جريان دوجزئي آب و نفت در يك محيط متخلخل واقعي شبيه سازي گرديده و نتايج بدست آمده با نتايج آزمايشگاهي مورد مقايسه قرار گرفته است. نتايج اين پژوهش بيانگر آن است كه مدل ارائه شده قابليت شبيه سازي جريان دوجزئي در محيط متخلخل در دامنه بالايي از تغييرات ويسكوزيته را دارد و از دقت بسيار خوبي نيز برخوردار است .
چكيده انگليسي :
Multicomponent and multiphase fluid flow and the phenomena related to this type of flow are very important issues in many industrial and natural processes. One of the methods considered for simulating multiphase and multicomponent flows is the lattice Boltzmann method. However, the multiphase and multicomponent models used in the lattice Boltzmann method are not able to simulate flows with properties close to real physics in many cases. For example, the existing models, in simulating high-viscosity ratio and high-density ratio binary flow, face many problems. The stability and accuracy of a multi-component method for the simulation of flows with a wide range of viscosity ratios is an especially important capability for realistic applications. To study different two-phase phenomena and simulate two-phase processes, it is necessary to increase the capabilities of two phase and binary models. This study aims to provide a computationally stable and accurate method for sim-ulating high-viscosity-ratio multicomponent fluid flows by developing the lattice Boltzmann method. In this research, an attempt has been made to investigate the factors affecting on the stability of the pseudopotential multicomponent method to changing the viscosity of components. These modifications include changes in the collision operator and the method of exerting force term that is applied between the components (two immiscible fluids).Then, the ability of the modified model to simulate multicomponent high viscosity ratio fluid flow has been investigated, and the effect of different viscosity ratios on the binary fluid flow has been investigated. A GPU parallel CUDA code has been developed and is employed to study the proposed method. Then, the effect of viscosity ratio, surface contact angle, and surface tension on the fluid flow has been investigated. The use of different collision models and various boundary conditions have significant effects on the fluid flow simulation results in porous media. No systematic study of the porous media simulation using the proposed collision model in this study has been done. Therefore, an accurate eva‎luation of collision models and boundary conditions and the ability of these models to accurately simulate fluid flow from the Stokes regime to the inertia regime and higher Reynolds numbers in the porous medium has been investigated. Further, the proposed model’s ability to simulate the phenomena related to fluid flow in porous media, including the Capillary intrusion phenomenon and the capillary and viscosity fingering phenomenon has been investigated. Finally, the binary flow of water and oil in a real porous medium is simulated and the results are compared with experimental results. The results indicate that the proposed model has a high capability for simulating a high viscosity ratio in the two-component fluid flow and has high stability for fluid simulation with the viscosity near zero.
استاد راهنما :
محمود اشرفي زاده
استاد مشاور :
محمدرضا توكلي نژاد
استاد داور :
احمدرضا پيشه ور، ابراهيم شيراني، جواد ابوالفضلي اصفهاني
لينک به اين مدرک :

بازگشت