پدیده شناسی رفتار قطره عبور کننده از یک محیط متخلخل در مقیاس حفره به روش شبکه بولتزمن

مطالعه جریان سیالات تک فاز و چند فاز در محیط متخلخل هم در طبیعت و هم در صنایع از اهمیت بالایی برخوردار است و مورد توجه طیف وسیعی از محققین قرار دارد. به طور خاص، اندرکنش قطرات با سطوح متخلخل در بسیاری از فرآیندها مانند اسپری بر گهای گیاهان با آفت کش ها، چاپگرها، نفوذ باران و آب های سطحی به خاک کاربرد وسیعی دارد. هدف اصلی این پژوهش بررسی اثرات اندرکنش قطرات با یک محیط متخلخل است. قطرات از نظر ابعادی هم مقیاس با ابعاد حفره های محیط متخلخل هستند که در مواردی همچون نفوذ قطراتی با سایز خاص در بسترهای سنگی و بحث فیلترینگ قطرات کاربرد دارند. در این پژوهش محیط متخلخلی که متشکل از موانع مربع شکل با ضریب تخلخل 0/8 بوده، در معرض یک جریان دوفاز قرار می گیرد. محیط متخلخل توسط فاز اولی های ترشده، مورد هجوم قطرهای قرار می گیرد. رژیم حاکم بر جریان غیردارسی می باشد. اعداد بدون بعد موثر فیزیک مذکور عدد رینولدز، عدد کاپیلاری و آنسرج می باشند. در این پژوهش مقادیر فشار بی بعد وارده، 0/000108، 0/000144و 0/000180 و محدوده آنسرج مورد بررسی 0/76 -0/19 می باشند. فاکتورهای مرتبط با قطره و فاز زمینه )خواص سیالی (، مانند تنش سطحی و نسبت چگالی قطرات در کنار خصوصیات جریان) مانند فشار وارده (بسیار موثر بوده و تنوعی از حالات شکست قطرات را به وجود می آورد که در قالب مطالعه جامع پارامتریک مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند. انواع حالات شکست قطره، طبقه بندی شده و در قالب تصاویر شاخص هر حالت، ارائه می شوند. درعین حال، تفکیک این حالات در نمودار رینولدز- آنسرج نیز) به عنوان یک نقشه رفتار شناسی شکست قطره بر حسب دو عدد بدون بعد و فشار وارده( صورت گرفته است. نتایج شبیه سازی های صورت گرفته قابلیت پیش بینی رفتار قطرات در محیط متخلخل را به کمک نمودارهای ارائه شده، در کنار مقایسه نسبی تاثیر پارامترهای موثر را امکان پذیر می سازند. همچنین، روش شبکه بولتزمن که در محیط متخلخل و جریان های چندفازی قابلیت و انعطاف پذیری بالایی نشان داده، مورد استفاده قرار گرفته است.