شبیه‌سازی فرآیند صعود حباب تحت میدان الکتریکی با استفاده از روش شبکه بولتزمن

Abstract

در این مقاله، رفتار یک حباب در سیال لزج دی الکتریک تحت اثر میدان الکتریکی یکنواخت در جریان دوفازی با استفاده از روش شبکه بولتزمن به صورت دوبعدی مدل‌سازی شده است. تغییر شکل حباب، بر اثر نیروی شناوری و نیروی الکتریکی ناشی از میدان الکتریکی خارجی اعمال شده، مورد بررسی قرار گرفته است. برای حل مسئله یک کد کامپیوتری توسعه داده شده که شامل بخش های حل میدان جریان و میدان الکتریکی می باشد. برای اعتبارسنجی حل میدان جریان، مدل مورد نظر توسط آزمون های معروف آزمایش لاپلاس و صعود آزاد حباب مورد امتحان قرار گرفته است. به منظور اعتبارسنجی میدان الکتریکی، تغییر شکل قطره استاتیکی در اثر میدان الکتریکی با معادله دوبعدی تیلور مقایسه شده است. مقایسه نتایج تحقیق حاضر با نتایج محققان قبلی توافق خوبی دارد. تاثیر میدان الکتریکی افقی یکنواخت بر روی فرآیند صعود حباب در راستای عمود تحت نیروی گرانش با جزئیات مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که میدان الکتریکی می­تواند شکل، سرعت و محل حباب را تحت تاثیر قرار داده و کنترل کند. برای تابع تمایز مثبت، سرعت صعود حباب با افزایش عدد کاپیلاری الکتریکی، کاهش می‌یابد در حالیکه برای تابع تمایز منفی عکس این روند مشاهده می شود. افزایش میدان الکتریکی در عدد اتووس بالاتر باعث شکسته شدن حباب برای تابع تمایز مثبت می­شود. همچنین، هرچه تابع تمایز بزرگتر باشد، شکست حباب در اعداد کاپیلاری الکتریکی کوچکتر اتفاق می­افتد.