توسعه یک الگوریتم تعقیب سطح فاصل برای شبیه سازی عددی جریان دوفازی لایه ای به روش حجم محدود فشارمبنا

جریان های دوفازی و چندفازی یکی از انواع پرکاربرد جریان ها در علوم مهندسی سیالات شمرده می شوند. ازجمله مسائل پایه و کاربردی در این زمینه، جریان دوفازی لایه ای است که در اثر قرارگیری دو سیال غیرقابل اختلاط در مجاورت هم ایجاد می شود. در این نوع جریان، خواص سیال (چگالی، لزجت و دما) می تواند به طور ناگهانی در سطح فاصل (سطح جداکننده) دو سیال تغییر کند. یکی از چالش های مهم در شبیه سازی عددی جریان دوفازی لایه ای، تعیین دقیق موقعیت سطح فاصل است. پژوهش حاضر، توسعه یک الگوریتم تعقیب سطح فاصل بر مبنای رهیافت اویلری-لاگرانژی اختیاری به روش مرکزسلول و فشارمبنا با حلگر کوپل را ارئه می دهد. برای بررسی صحت عملکرد این الگوریتم، حل تحلیلی جریان دوفازی لایه ای تحت تاثیر نیروی گرانش استخراج و سپس نتایج شبیه سازی عددی این جریان در حالات مختلف با حل تحلیل مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان از دقت بسیار خوب نتایج، علی رغم استفاده از شبکه ای نسبتا درشت و یکنواخت دارد. تغییرات زمانی موقعیت سطح فاصل تا رسیدن به حالت پایا نشان می دهد که هر چه اختلاف خواص دو سیال (بویژه لزجت) بیشتر باشد، امواج پیشرونده حاصل از برخورد دو سیال نیز بزرگتر می شود. بررسی اثر نیروی گرانش نیز نشان می دهد که نیروی گرانش مثبت سبب کاهش ضخامت سیال سنگین تر و نیروی گرانش منفی موجب افزایش آن نسبت به حالت نیروی گرانش صفر می شود. البته، میزان تغییر ضخامت در نیروی گرانش مثبت بسیار بیشتر از نیروی گرانش منفی است.