-
سبد خرید شما خالی است!
نمایش منو
سبد خرید شما خالی است!
در ادامه مقالات آموزشی رشته مهندسی مکانیک گرایش سیالات و پس از آشنایی با روش های مدل سازی جریان چند فازی در این مقاله آموزشی قصد داریم که به آشنایی با روش اولری-اوبری برای مدل سازی جریان چند فازی بپردازیم که امیدواریم برای شما دانشجویان کارشناسی ارشد برای ارایه مقالات آموزشی و پژوهشی پایان نامه های کارشناسی ارشد مفید واقع شود.
در ادامه به آشنایی با روش اولری-اولری برای مدل سازی جریان چند فازی می پردایم .
در این روش فاز پراکنده نیز به عنوان یک فاز پیوسته تلقی میگردد. تمام فازها در هنگام حرکت در دامنه حل امکان دارد که در هم نفوذ کنند. این روش برای مدلسازی سیستمهای چندفاز پراکنده با کسر حجمی بیشتر از 10 درصد مناسبتر میباشد. چنین شرایطی در خیلی از انواع راکتور مانند سیالسازی ستون حباب و راکتور مخلوط شده چندفاز اتفاق میافتد. همچنین با توسعه مدلهای انتقالی بین فازی مناسب، ایجاد کوپلینگ بین فازهای مختلف ممکن است. با این وجود مشاهده پدیدههای در سطح ذره مانند تغییر اندازه بهخاطر واکنش و تبخیر در این روش پیچیده است.
برای جریان تکفاز، معادلات انتقال اساسی برای بقای جرم، مومنتوم و انرژی دقیق هستند. این معادلات محلی و لحظهای هستند و میتوانند برای دامنههای زمانی و حجمی مورد نظر بهکار برده شوند. برای فرآیندهای جریان چندفاز چنین معادلات لحظهای محلی نمیتوانند بدون میانگینگیری مناسب فرموله شوند.
در این روش فرض میشود که کسر حجمی فاز k، در حجم کمی از فضا در زمانی خاص برابر ak است و اگر n فاز در مجموع وجود داشته باشد:
این به این معنی است که تعداد زیادی از اجزای فاز پراکنده در یک حجم بهوسیله طول ماکروسکوپی سیستم توصیف میشود. معادله پیوستگی برای هر فاز به شکل زیر میتواند نوشته شود.
که زیرنویس k دلالت بر فاز k دارد. Spk نرخ انتقال جرم از فاز p به فاز k است. این نرخ بر پایه پراکندگی در واحد حجم است و به فاز k وابسته نیست. در غیر این صورت لازم است که در کسر حجمی فاز k (ak) ضرب شود. از آنجا که جرم نه تولید می شود و نه از بین میرود؛ مجموع انتقال جرم برای تمام فازها برابر صفر است.
بالانس مومنتوم برای فاز k به شکل زیر است.
با استفاده از قانون بقای مومنتوم، معادلات حرکت حاکم بر سیال حاصل میشود که جهت محاسبه سرعت و فشار بهکار برده میشود. جمله اول از سمت چپ بیانگر نرخ افزایش مومنتوم در واحد حجم است. جمله دوم نمودی از تغییرات مومنتوم به خاطر کانوکشن است. جمله پنجم اثر نیروهای گرانشی در واحد حجم را مدل میکند همچنین جملات سوم و چهارم نقش ملکولی انتقال مومنتوم را بازی میکنند که به ترتیب مربوط به نیروهای فشاری و ویسکوزیته در واحد حجم هستند. که p فشار و 
تانسور تنش ویسکوز است. در اینجا Fk دلالت بر جملات تبادل مومنتوم بین فازی بین فاز k و دیگر فازهای موجود در سیستم دارد. در صورت وجود ترمهای چشمه و ترمهای مربوط به جریانهای چندفاز ذرهای، همگی در عبارت Fg جمع میشوند.
برای اینکه بتوان از معادلات بقای مومنتوم عمومی جهت استحصال میدان سرعت استفاده کرد؛ میبایست جملات تنش ویسکوز در قالب میدان سرعت نوشته شوند. معادلاتی که تانسور تنش را به حرکت سیال پیوسته مربوط میکند، معادلات تشکیل دهنده و یا معادلات حالت رئولوژیکی نام دارد. اگرچه معادلات بقای مومنتوم حاکم برای هر نوع سیالی صدق میکند اما معادلات تشکیل دهنده بهطور عمومی از یک سیال به سیال دیگر و حتی از نوعی جریان به جریان دیگر متفاوت هستند. سیالی که از قانون (عبارت) ویسکوزیته نیوتنی پیروی میکند؛ سیال نیوتنی نام میگیرد. برای چنین سیالی تنش ویسکوز در یک نقطه وابستگی خطی به نرخ کرنش (تغییر شکل) سیال دارد. با این فرض، یک قانون تغییر شکل عمومی که تانسور تنش ویسکوز و اجزای سرعت را به هم ارتباط میدهد به شکل زیر است.
که sij تابع دلتای کرانکر است. 
ضریب ویسکوزیته و ضریب ویسکوزیته تودهای (دوم یا انبساطی) میباشد. بالانویس T نیز بیانگر ترانهاده تانسور است. جمله اول نیز تانسور نرخ کرنش است. بهطور کلی این باور وجود دارد که به جز در مطالعات موجهای شوک، جذب و میرایی موجهای صوتی بهراحتی میتوان از ضریب ویسکوزیته تودهای صرفنظر کرد. با جایگذاری معادله اخیر در معادله مومنتوم، به فرم کاملی از معادله بقای مومنتوم میتوان رسید. یک نوع خاص از معادلات بقای مومنتوم برای چگالی و ویسکوزیته سیال ثابت، معادله مشهور ناویر-استوکس است که یک نقطه شروع مناسب جهت تحلیل فرآیندهای جریان میباشد.
به هر سیالی که از قانون ویسکوزیته نیوتن پیروی نکند؛ سیال غیر نیوتنی گفته میشود. این دسته از مواد (سیال) تنوع وسیعی از سیالهای با انحراف کم از سیال نیوتنی تا جامد تقریباً الاستیک را پوشش میدهد. سیالی که انحراف کمی از رفتار نیوتونی از خود بروز میدهد؛ مانند سیال قانون توانی (که رابطه بین تنش و کرنش آن به شکل توانی است) و یا سیال پلاستیک Bingham (که برای سیلان نیازمند تنش تسلیم نهایی است) همگی میتوانند با دیدگاه اولری-اولری مدل شوند. جهت مدلسازی رفتارهای پیچیدهتر همانند رفتار سیال ویسکوالاستیک در معادلات تشکیل دهنده، نیاز به چهارچوب کاملاً متفاوتی جود دارد.
برای مدل سازی جریان های چند فازی از نرم افزار Fluent که از مهم ترین و پرکاربردترین نرم افزار های رشته مهندسی مکانیک در مقطع کارشناسی ارشد می باشد استفاده می شود که برای آشنایی با نرم افزار Fluent و آموزش نصب آن می توانید با کلیک بر روی عنوان های زیر به مقاله های مورد نظر هدایت شوید :
- آشنایی با تجهیزات بازیابی حرارت
