مدلسازی نفوذ سیال با نسبت چگالی بالا در بستر متخلخل لایه‌ای به کمک معادلات حالت با روش شبکه بولتزمن

Abstract

در این مطالعه، نفوذ قطره با نسبت چگالی بالا داخل محیط متخلخل لایه‌ای به کمک روش شبکه بولتزمن و مدل شبه‌پتانسیل مدلسازی شده‌است؛ بدلیل ضعف ذاتی این مدل در مدلسازی جریان‌ها با نسبت چگالی‌های بالا، از معادلات حالت ریدلیش-کوانگ و پنگ-رابینسون استفاده شده و تاثیر دما برروی کشش سطحی بررسی شده‌است. برای اطمینان از صحت مدلسازی، منحنی‌های پیوستگی حاصل از مدلسازی با منحنی‌های تئوری ماکسول استخراج شده توسط محققان قبلی مقایسه شده‌است که نتایج حاصل با منحنی‌های تئوری مطابقت دارند. همچنین دو تست ساده و کاربردی نیز انجام گرفته است که تطبیق نتایج حاصل با نتایج قبلی صحت و اعتبار کد تک جزئی – دوفازی را تایید می‌کند. پس از اعتبارسنجی، نفوذ قطره داخل محیط متخلخل لایه‌ا‌ی بررسی شده‌است؛ تاثیر عوامل مختلف از جمله نسبت تخلخل و ویژگی آبدوستی یا آبگریزی سطح بر روی نرخ نفوذ و یا الگوی نفوذ مورد مطالعه قرار گرفته‌است. نتایج نشان می‌دهدکه با کاهش تخلخل، نرخ نفوذ کاهش می‌یابد و آبدوست کردن سطوح نیز در تخلخل‌های پایین بطور کلی موجب افزایش نرخ نفوذ می‌شود. همچنین، بررسی الگوی نفوذ نشان می‌دهد، نفوذ در حالت آبدوست منسجم و پیستون-مانند پیشروی می‌کند و در حالت آبگریز بصورت انگشت‌دانه‌هایی و باصطلاح انگشت‌-مانند صورت می‌گیرد. برای بررسی کلی‌تر پدیده نفوذ در ماده متخلخل، کد نوشته شده برای مدلسازی دو جزیی- دوفازی توسعه داده شده است. پس از اعتبار سنجی کد توسعه یافته، الگوی نفوذ در اعداد موئینگی و نسبت ویسکوزیته مختلف بررسی شده و رژیم‌های ویسکوز فینگرینگ و کاپیلاری فینگرینگ مشاهده و برای اولین بار مقایسه ‌شده‌است.