بررسی شرایط پایداری و همسازی ترمودینامیکی در منحنی همزیستی فازهای مایع و بخار در مدل اصلاح شده پتانسیل ساختگی ‌

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 زنجان-مهندسی- گروه مهندسی مکانیک

2 گروه مهندسی مکانیک/دانشکده مهندسی/ دانشگاه زنجان/زنجان/ ایران

چکیده

در این مقاله، شرایط همگرایی و همسازی ترمودینامیکی مدل کوپراشتاخ به منظور شبیه‌سازی یک قطره‌ی دو بعدی، بررسی شده است. برای انجام این کار، منحنی همزیستی دو فاز مایع و گاز با توجه به پارامترهای مربوط به تابع پتانسیل و ضریب وزنی نیروهای بین مولکولی، به چهار سطح تقسیم گردید. بر این اساس، محدوده‌ای برای ثابت تابع پتانسیل، k در هر سطح گزارش شد. این محدوده برای سطح یک با کمترین نسبت چگالی، در بازه‌ی 0.05= kmin تا 0.22= kmax و برای سطح چهار با بیشترین نسبت چگالی، در بازه‌ی 0.002= kmin تا 0.01= kmax قرار می‌گیرد. همچنین ضریب وزنی مناسب برای نیروهای بین مولکولی، Afit به منظور ایجاد همسازی ترمودینامیکی در سطوح یک تا چهار به ترتیب به صورت 0.25، 0.025، 0.082- و 0.125-به دست آمد. علاوه بر آن تأثیر ضریب وزنی نیرو در مقدار و جهت نیرو در فصل مشترک دو فاز بررسی شد. نتایج نشان می‌دهد که انتخاب مقدار 0.5=A سبب ایجاد نیروی متقارن و 0.0=A سبب ایجاد نیروی نامتقارن در فصل مشترک می‌شود. به عبارت دیگر، ترکیب دو نیروی متقارن و غیر متقارن، شرایط را برای کاهش سرعت‌های مجازی و افزایش شرایط پایداری، فراهم می‌کند. در انتها نیز مسئله بقاء جرم در چهار سطح مختلف از نسبت چگالی بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که مدل کوپراشتاخ در کنترل جرم قطره در نسبت چگالی‌های بزرگ رفتار مناسب‌تری دارد. به طوریکه تغییر جرم قطره در سطح یک تا بیش از 20 درصد و در سطح چهار کمتر از یک درصد گزارش شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analysis of the stability and thermodynamic consistency conditions in the coexistence curve of liquid and vapor phases in a modified pseudo-potential model

نویسندگان [English]

  • Taghilou Taghilou 1
  • Sajad Zarei 2
1 زنجان-مهندسی- گروه مهندسی مکانیک
2 Department of mechanical engineering/ Faculty of engineering/ University of Zanjan /Zanjan/ Iran
چکیده [English]

In this paper, the conditions of convergence and thermodynamic consistency of the Kupershtokh model for simulating a 2D droplet are investigated. Hence, the coexistence curve of liquid and vapor phases is divided into four levels according to the constant of potential function, k and the weight coefficient of the inter-molecular forces, A. Accordingly, a range is reported for k at each level. This range for level 1 with the lowest density ratio is kmin= 0.05 to kmax = 0.22 and for the fourth level with the highest density ratio is kmin=0.002 to kmax = 0.01. Also, the appropriate weight coefficient for inter-molecular forces, Afit is obtained for yielding the thermodynamic consistency at levels 1 to 4 equal with 0.25, 0.025, -0.082 and -0.125, respectively. The effect of weight coefficient on the amount and direction of interface forces is also investigated. Results show that the choice of A=0.5 produces symmetric and A=0 causes asymmetric forces in the interface. In other words, the combination of two symmetrical and non-symmetric forces provides conditions for reducing the parasitic velocities and increasing the stability conditions. Finally, the problem of mass conservation in four levels of density ratio is investigated. Results show that Kupeshtokh model has a better behavior in controlling the mass of the droplet in the high density ratios. So, the change in the mass of the droplet at level 1 is more than 20% and at the level of 4 is less than 1%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Lattice Boltzmann method
  • Pseudo-potential model
  • Coexistence curve
  • Intermolecular forces