پیش بینی و مدل‌سازی رفتار نفوذ و پیمایش قطره مایع داخل محیط متخلخل با استفاده از روش جریان دو فازی حجم سیال

نوع مقاله : مقاله علمی

نویسندگان

1 دانشجو دکتری تخصصی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران.

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مکانیک،گروه مهندسی مکانیک،دانشکده مکانیک،دانشگاه تبریز،تبریز،ایران

3 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

در این مقاله پدیده نفوذ قطره مایع داخل محیط متخلخل به کمک روش حجم سیال دوفازی مطالعه شده است. با توجه به اهمیت جریان های دو و چند فازی و دستیابی به کم ترین خطا در شبیه سازی این پدیده،مدلی برای شبیه سازی جریان دو فازی نفوذ قطره در محیط متخلخل پیشنهاد شده است، با توجه به اینکه مهم ترین نکته در شبیه سازی جریان دوفازی نفوذ قطره در محیط متخلخل انطباق با نتایج تجربی است تمرکز این پژوهش بر ارائه مدلی با خطای کم تر نسبت به دیگر روش های ارائه شده در گذشته است که دستیابی به خطای کم تر نسبت به نتایج تجربی مهم ترین نوآوری این پژوهش محسوب می شود. شبیه سازی ها در این پژوهش با روش حجم سیال انجام شده است. تاثیر تغییر متغیرهای کشش سطحی، ویسکوزیته،زاویه تماس، ویسکوزیته و نفوذپذیری و سطح گسترش قطره در محیط متخلخل بررسی شده اند. زمانی که زاویه تماس قطره 60 و 20 درجه است تغییرات سطح گسترش تقریبا یکسان می باشد. سرعت پخش و نفوذ قطره آب بدون حضور نیروی گرانش با کشش سطحی 02/0 کمتر از دو کشش سطحی دیگر 001/0 و 0072/0 است در حالی با حضور نیروی گرانش قطره آب با کشش سطحی 001/0 پخش و نفوذ بیشتری نسبت به دو حالت دیگر دارد. نتایج نشان داد که روش حجم سیال مورد استفاده در این پژوهش نسبت به روش بولتزمن شبکه ای بر پایه روش چان و شن با فیزیک مسئله مشابه در مقایسه با نتایج تجربی 9 درصد دقت مناسب تری داشته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Predicting and modeling of penetration and behavior of liquid droplet in the porous medium using the two-phase fluid volume flow method.

نویسندگان [English]

  • Arash Nourbakhshsadabad 1
  • Afsouni Fatemeh 2
  • Seyyed Amirreza Abdollahi 2
  • Mahdi Nami Khalilehdeh 2
  • Seyyed Faramarz Ranjbar 3
1 Ph.D. Candidate, Department of Mechanical Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
2 Master's student , faculty of mechanical engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
3 Professor, Department of Mechanical Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

In this paper, the phenomenon of liquid drop penetration inside the porous medium is studied by the two-phase fluid volume method. Considering the importance of two-phase and multi-phase flows and achieving the least error in the simulation of this phenomenon, in this research, a model for simulating the two-phase flow of droplet penetration in porous media is proposed, the proposed model has more agreement with experimental results compared with other similar models available in literature, the improvement is the novelty of this paper. The behavior of drop penetration has been predicted by the fluid volume method. The effect of changes in surface tension, viscosity, contact angle, viscosity and permeability and drop spreading level in porous media have been investigated. When the contact angle of the drop is 60 and 20 degrees, the changes of the expansion level are almost the same. The speed of spreading and penetration of water drop without the presence of gravity with surface tension of 0.02 is less than the other two surface tensions of 0.001 and 0.0072, while with the presence of gravity, water droplet with surface tension of 0.001 spreads and penetrates more than the other two cases. The results showed that the fluid volume method used in this research was 9% more accurate than the network Boltzmann method based on the Chan and Shen method with the physics of the same problem compared to the experimental results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Two-phase flow
  • fluid volume
  • droplet penetration
  • porous medium
  • droplet