شبیه سازی عددی حرکت یک حباب تیلور دریک مجرای مربعی

یکی از الگوهای جریان دوفازی که کاربردهای مختلف صنعتی دارد، الگوی اسلاگ است. این الگو با شکل گیری حباب های بزرگ گلوله ای همراه است که حباب تیلور نام دارند. در کار حاضر، به بررسی عددی حرکت یک حباب تیلور در یک مجرای مربعی شکل، همراه با گرمایش پرداخته می شود. جهت شبیه سازی از نرم افزار ی کامسول استفاده می شود. معادلات ناویر استوکس برای دو فاز حل و مکان سطح مشترک دو فاز در زمان های مختلف محاسبه می شود. به منظور بررسی زمانی سیستم از مدل وابسته ی زمانی استفاده شده است. در این مراحل بازه ی زمانی از 0 تا 80 میلی ثانیه برای سرعت ورودی0/1 متر بر ثانیه و 0 تا 180 میلی ثانیه برای سرعت ورودی سیال 0/05 متر بر ثانیه انتخاب می شود. تا زمان 10 میلی ثانیه مشاهده می شود که حباب شکل کلی خود را حفظ کرده و با گذشت زمان، یک ناحیه بسته تر در بالای حباب ایجاد می شود که ناشی از نیروی درگ و تنش سطحی بین دو فاز است. این وضعیت از زمان 15 میلی ثانیه تا 45 میلی ثانیه ادامه دارد و در زمان 45 میلی ثانیه قسمت پایین حباب به دلیل جریان سیال پیوسته، مسطح می شود و قسمت بالا نیز به دلیل نیروی درگ وارد بر آن جمع تر می شود. در زمان های بعد از 45 میلی ثانیه قسمت انتهایی حباب یک حالت هلالی شکل به خود گرفته و بیشتر تحت تاثیر جریان فاز پیوسته دارد و رفته رفته مقدار انحنای آن افزایش می یابد و در زمان 80 میلی ثانیه مقدار آن در نزدیکی قسمت فوقانی حباب ماکزیمم می شود. جهت بررسی اثر دما، شرط مرزی دما ثابت به دیواره اعمال می شود و تاثیر دما بر نحوه ی حرکت حباب تیلور بررسی خواهد شد. نتایج نشان می دهند که خواص فازها ازجمله لزجت و چگالی در دماهای مختلف، عامل تفاوت رینولدز در کانال هستند. در دماهای بالا، نیروی چسبندگی بین حباب و دیواره موجب پخش شدن حباب روی جداره در این دماها می گردد.

Keywords:

جریان دوفازی , حباب تیلور , مجرای مربعی , گرمایش , سطح مشترک