شبيه سازي عددي سيستم هاي حاوي ذرات جامد معلق در جريان برشي با استفاده از تركيب روش هاي بولتزمن و نمايه هموار

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

دكتري

جريان برشي حاوي ذرات جامد معلق در سيال، مسئله اي پركاربرد در بسياري از فرآيندهاي صنعتي و طبيعي مي باشد. وجود ذرات جامد و اندركنشي كه با يكديگر دارند، موجب ايجاد پديده هاي مهمي همچون تجمع و چسبندگي ذرات در جريان برشي مي شود. اين چسبندگي نه تنها بر رفتار كلي جريان حاكم تأثير گذاشته، بلكه تغييراتي را در خواص رئولوژي جريان حاكم ايجاد مي كند. بسته به نوع فرآيند و هدفي كه دنبال مي شود، چسبندگي مي تواند مفيد يا مضر باشد. صنعت پيل سوختي و به طور خاص فرآيند آماده سازي محلول لايه كاتاليستي مربوط به آن، يكي از صنايعي است كه چسبندگي ذرات معلق تأثير بسزايي در راندمان و طول عمر آن خواهد داشت. ازاين رو هدف پژوهش حاضر شبيه سازي سيستمي حاوي ذرات جامد معلق در جريان برشي به منظور مطالعه رفتاري جريان حاكم و همچنين بررسي عوامل تأثيرگذار بر پديده چسبندگي و خوشه اي شدن ذرات جامد مي باشد. در اين پژوهش در گام اول تلاش گرديد روشي مناسب جهت شبيه سازي جريان هاي برشي حاوي ذرات جامد استفاده شود. ازاين رو تركيب روش هاي شبكه بولتزمن و نمايه هموار مورد استفاده قرار گرفت. در ادامه به منظور ايجاد يك محيط برشي تناوبي و از بين بردن اثرات ديواره جامد، شرط مرزي ليز-ادواردز با روش هاي فوق تركيب و توسعه داده شد. چالش هاي مهم در شبيه سازي محيط تناوبي برشي همچون عبور ذرات از نواحي و گوشه هاي ناحيه محاسباتي و اثراتي كه اين عبور بر نيرو و گشتاور ذرات دارند به طور كامل مطالعه و بررسي شد. در گام بعدي اندركنش هاي هيدروديناميكي ميان ذرات جامد با مدل نيروي جديد مدل سازي شد. اثر پارامترهاي تأثيرگذار همچون عدد رينولدز برشي و كسر حجمي بر چسبندگي و خوشه اي شدن ذرات مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاكي از آن است كه افزايش عدد رينولدز برشي موجب كاهش چسبندگي شده و درنهايت ذرات چسبيده شده در عدد رينولدز برشي 1.2 از هم به طور كامل جدا مي شوند. عدد بدون بعد كسر حجمي نيز رابطه مستقيمي با چسبندگي داشته و افزايش آن، سبب افزايش ذرات به هم چسبيده در ناحيه حل مي گردد. در مطالعه ديگري ويسكوزيته مؤثر نسبي مخلوط حاصله محاسبه و تأثير افزايش اعداد رينولدز برشي و كسر حجمي بر اين پارامتر بررسي شد. نتايج حاكي از آن بود كه در كسرهاي حجمي پايين، لزجت مؤثر نسبي تغيير چشمگيري با عدد رينولدز برشي ندارد؛ اما با افزايش كسر حجمي، اين تغييرات بارزتر مي شود. در انتها اثر پردازش موازي بر زمان محاسبات مورد بررسي قرار گرفت و مشخص گرديد كد نويسي حاضر بر پايه كارت گرافيك زمان محاسبات را تا ده برابر نسبت به حالت معمول كاهش مي دهد.

237992

تبديل انرژي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان