17733

15494

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

14-1

چهارده، 92ص.: مصور (رنگي)، جدول، نمودار

محمود اشرفي‌زاده، محسن دوازده امامي

محمدرضا توكلي‌نژاد، محسن ثقفيان

1401/05/22

كتابنامه

مهندسي مكانيك

مهندسي مكانيك

1401/05/24

2848616

جريان چند فازي سيال همراه با تغيير فاز يكي از مسائل پركاربرد در صنعت مي‌باشد. در اين پژوهش، شبيه‌سازي تبخير يك قطره معلق در يك محيط بي‌نهايت با استفاده از يك روش شبكه بولتزمن دو بعدي جديد، كه شامل توابع توزيع دوگانه، مدل شبه‌پتانسيل و معادله حالت است، انجام مي‌شود. بدين ترتيب برخلاف كارهاي قبلي كه به نسبت چگالي‌هاي پايين محدود مي‌شوند در اين مطالعه با استفاده ازاين روش، مدل‌سازي مذكور در محدوده وسيع‌تري از نسبت چگالي و لزجت قابل اجرا مي‌باشد. اين روش همراه با حل معادله دما به روش اسكالر منفعل و اضافه كردن يك عبارت چشمه تغيير فاز به معادله اصلي، مورد استفاده قرار مي‌گيرد. شبيه‌سازي به صورت دو بعدي مي‌باشد و از مدل $ D_2Q_9 $ استفاده مي‌شود. به منظور كسب اطمينان از صحت شبيه‌سازي انجام شده، تست‌هاي استاندارد حل تحليلي ماكسول، تفكيك گازها و قانون لاپلاس و آزمون تبديل قطره مربعي به دايروي انجام شده و صحت كد عددي به طور كامل مورد تاييد قرار گرفته است. در ادامه، تبخير قطره معلق در يك محيط ساكن بدون حضور هيچ‌گونه سرعت و نيروهاي خارجي با شرط مرزي پريوديك براي همه‌ي جهات مورد بررسي قرار مي‌گيرد، مشاهده مي‌شود كه در اين شرايط فشار در حوزه محاسباتي ثابت باقي نمي‌ماند و به طبع آن چگالي و دما نيز تغيير مي‌كنند كه چگالي فاز مايع با گذشت زمان كاهش يافته و چگالي فاز گاز نيز با گذشت زمان مقداري افزايش مي‌يابد. سپس تبخير قطره معلق در همان شرايط با بكارگيري شرط مرزي فشارثابت در تمامي جهت‌ها مشاهده مي‌شود كه نتايج عددي حاصل از اين پژوهش از قانون كلاسيك $ D^2 $ كه نرخ تبخير را كنترل مي‌كند، پيروي مي‌كند. در اين شرايط دما برابر دماي اشباع اوليه و چگالي فاز‌هاي مايع و گاز ثابت باقي مي‌ماند. در آخر تاثير ميزان اختلاف دما و گرماي نهان بررسي مي‌شود كه مشاهده مي‌شود با افزايش اختلاف دما و كاهش گرماي نهان، نرخ تبخير افزايش مي‌يابد.

Multiphase fluid flow with phase change is one of the most widely used issues in the industry. In this study, simulation of the evaporation of a suspended droplet in an infinite environment using a new two-dimensional Boltzmann lattice method, Which includes the dual distribution function, the pseudo-potential model and the state equation. Thus, unlike previous works, which are limited to low densities. In this study, using this method, the modeling has been performed in a wider range of density and viscosity ratios. This method is used in conjunction with solving the temperature equation by the passive scalar method and adding a phase shift source expression to the original equation. The simulation is two-dimensional and uses the $ D_2Q_9 $ model. In order to ensure the accuracy of the simulation, standard tests of Maxwell's analytical solution, gas separation and Laplace's law, and square drop to circle conversion test were performed and the accuracy of the numeric code has been fully verified. In the following, the evaporation of suspended droplets in a static environment without the presence of any velocity and external forces with periodic boundary condition is examined for all directions. It can be seen that in these conditions the pressure does not remain constant in the calculation area and naturally the density and temperature also change, the density of the liquid phase decreases with the passage of time and the density of the gas phase also increases with the passage of time. Then, the evaporation of the suspended droplet is observed in the same conditions by applying the constant pressure boundary condition in all directions. The numerical results of this research follow the classical rule of $ D^2 $, which controls the evaporation rate. In this condition, the temperature remains equal to the initial saturation temperature and the density of the liquid and gas phases remains constant. Finally, the effect of the difference between latent temperature and latent heat is investigated, and with increasing temperature difference and decreasing latent heat, the evaporation rate increases.

محمود اشرفي‌زاده، محسن دوازده امامي

محمدرضا توكلي‌نژاد، محسن ثقفيان