مطالعه وقوع پدیده کاویتاسیون با استفاده از روش شبکه بولتزمن چندفازی و با اعمال معادلات حالت مختلف

Abstract

مطالعه کاویتاسیون، به دلیل وقوع آن در سامانه‌های سیالاتی مانند پمپ‌ها، نازل‌‌ها و افشانه‌ها از اهمیت زیادی برخوردار است. در مطالعه حاضر، روش شبکه بولتزمن چندفازی برای شبیه‌سازی عددی جریان‌‌های کاویتاسیونی توسعه داده ‌شده‌است. برهم‌کنش و جدایش فازهای مایع و بخار با اعمال روش اختلاف دقیق صورت گرفته و جهت دستیابی به پایداری عددی با حداقل جریان‌های غیر‌فیزیکی و انطباق ترمودینامیکی بهتر نتایج عددی، از معادله‌های حالت مناسب استفاده ‌شده‌است. در این راستا، معادلات حالت مکعبی Shan-Chen (SC) و Carnahan—Starling (CS) و معادله حالت غیرمکعبی Peng-Robinson (PR) اعمال شده‌اند. دقت و کارآیی الگوریتم حاضر با حل وقوع کاویتاسیون همگن و غیرهمگن مطالعه شده و نتایج بدست‌آمده با نتایج دیگران مقایسه شده‌است. الگوریتم توسعه‌یافته برای بررسی وقوع و رشد حباب‌های کاویتاسیونی و دینامیک آن به کار گرفته شده و با استفاده از هر یک از معادلات حالت، تاثیر آب‌دوستی و آب‌گریزی سطوح دیواره بر پایداری عددی و نحوه برهم‌کنش بین جامد و سیال و اثرگذاری آن در چگونگی وقوع پدیده کاویتاسیون و دینامیک ناحیه کاویتاسیونی در گلوگاه یک نازل همگرا-واگرا مورد مطالعه قرارگرفته‌است. ارزیابی نتایج حاصل از الگوریتم حاضر با نتایج موجود در منابع و مراجع نشان می‌دهد که روش شبکه بولتزمن چندفازی با استفاده از یک معادله حالت مناسب، قابلیت و توانمندی بسیار خوبی برای شبیه‌سازی جریان‌های کاویتاسیونی در هندسه-های کاربردی را دارا بوده و دینامیک پیچیده حباب‌های کاویتاسیونی را به‌خوبی تسخیر می‌کند.