مروری بر انواع روش‌های مدل‌سازی جریان چندفازی در محیط متخلخل

Abstract

جریان‌های سیال چندفازی زمانی رخ می‌دهند که دو یا چند سیال به‌آسانی با هم مخلوط نمی‌شوند (مانند هوا و آب) و یک سطح مشترک دارند. جریان‌های چندفازی می‌توانند شامل سیالات چندفازی تک‌جزئی؛ به‌عنوان مثال، آب و بخار خود و سیالات چند‌فازی چندجزئی؛ به‌عنوان مثال، نفت/ آب در محیط متخلخل باشند. روش‌های مدل‌سازی جریان‌های چندفازی به سه دستۀ میکروسکوپیک، مزوسکوپیک و ماکروسکوپیک تقسیم می‌شوند. در این مقاله، توصیف مهم‌ترین روش‌های مدل‌سازی جریان چندفازی در محیط متخلخل ازجمله موازنۀ جمعیت، تنظیم سطح، میدانی فازی، لتیس بولتزمن، ممانعت اندازه، ردیابی جبهه و حجم سیال و مقایسۀ بین آن‌ها مرور می‌شود. روش‌های ردیابی جبهه و میدانی فازی از دقت بسیار بالایی برخوردارند. روش‌های تنظیم سطح و حجم سیال ازنظر مفهومی ساده؛ ولی تجزیه‌وتحلیل محاسبات روش میدانی فازی پیچیده است. در روش‌های حجم سیال و میدانی فازی ایجاد ناپایداری عددی محتمل‌تر است، ولی این موضوع در روش لتیس بولتزمن اتفاق نمی‌افتد. روش لتیس بولتزمن به زمان اجرای کم و روش موازنۀ جمعیت به بیشترین مدت زمان نسبت‌به سایر روش‌ها نیاز دارد. روش‌ها دارای برتری‌ها و کاستی‌های مختلفی هستند، درنتیجه برای انتخاب روش مناسب باید شرایطی هم‌چون مفهوم مسأله، زمان، هزینه و دقت نتایج در نظر گرفته شود.

Keywords

• جریان‌های چندفازی
• موازنۀ جمعیت
• تنظیم سطح
• میدانی فازی
• لتیس بولتزمن
• ممانعت اندازه
• ردیابی جبهه
• حجم سیال