نشریه علمی پژوهشی روشهای عددی در مهندسی

---

– آنچه در این مقاله بررسی می شود روش عددی دقیقی برای حل جریان دو فازی گاز –مایع است. فاز مایع به صورت یک قطره در نظر گرفته شده و علاوه بر میدان جریان گاز خارجی، جریان داخل قطره نیز حل می شود. برای تحلیل این جریان از شبکۀ یکنواخت استفاده شده و میدان جریان بدون تبدیل مختصات حل می شود. انتقال سرعت و فشار از میدان گازی به میدان مایع توسط تعادل تنش در سطح قطره صورت می گیرد. روش حل ضمنی و دو مرحله ای است. در مرحلۀ اول با حل معادلۀ اندازۀ حرکت، سرعت در تمام نقاط پیش بینی شده و در مرحلۀ دوم با استفاده از سرعتهای پیش بینی شده مقادیر سرعت و فشار تصحیح می شوند. برای نشان دادن دقت کلی روش حل عددی، جریان در داخل حفره و جریان با وجود استوانۀ جامد ارائه می شود. سپس نتایج حل میدان دوفازی شامل حرکت و تغییر شکل یک قطرۀ مایع دو بعدی در جریان گاز بررسی و با نتایج تجربی مقایسه می شود. عدد رینولدز گاز و عدد وبر در تغییر شکل مؤثرند، لیکن عدد رینولدز مایع و نسبت چگالیها اثر چندانی ندارند.

---

این مقاله نتایج شبیه سازی چگونگی جریان در داخل و خارج قطره ای که توسط جریان سیال اطراف به در حرکت آمده است را ارائه می کند. به علت تغییر شکل و محل قطره، کلیۀ محاسبات یک جریان دوفازی در محدودۀ عدد ماخ پایین به صورت دقیق نسبت به زمان1 محاسبه می شود. میدان جریان داخل و خارج قطره در دو حالت بررسی شده است. اول قطره ای که به علت حرکت سیال اطراف به حرکت در می آید، و به آن قطرۀ همراه جریان می گویند. دوم قطره ای که به علت نیرویی مانند ثقل در سیال ساکن در حال حرکت بوده و در واقع در مقابل جریان مقاومت می کند، و به آن قطرۀ مقابل جریان می گویند. در این مقاله نشان داده شده است که عامل اصلی چرخش در داخل قطره وجود تنش برشی، که خود ناشی از اختلاف سرعت قطره با جریان اطراف است، خواهد بود. در قطرۀ مقابل جریان که نیروی برشی مداوم بر روی سطح قطره اعمال می شود.، گردابۀ کاملاً بزرگی ایجاد خواهد شد به طوری که میدان جریان گاز اطراف را نیز متاثر کرده و نقطۀ جدایش کاملاً به تعویق می افتد. لیکن در قطرۀ همراه جریان ابتدا به علت وجود تنش برشی چرخش ایجاد شده و سپس از بین می رود. عوامل موثر در میرایی چرخش نیری لزجت و تغییر شکل هستند. با کم شدن عدد رینولدز گاز و مایع نیروی لزجت زیاد شده و چرخش با سرعت بیشتری میرا خواهد شد. از طرف دیگر با افزایش عدد وبر تغییر شکل افزایش یافته و چرخش داخل قطره را از بین می برد. واژگان کلیدی: حل عددی، جریان دوفازی، حرکت قطره، چرخش داخلی قطره