شبیه سازی حرکت قطره منفرد در محیط پیوسته با استفاده از روش مجموعه سطوح

در این مقاله، شبیه سازی حرکت قطره منفرد تحت اثر نیروی بویانسی در داخل یک محیط پیوسته مایع غیرتراکم پذیر با استفاده از روش مجموعه سطوح (Level set) که معادلات حاکم بر آن به روش اجزای محدود گسسته می شوند، مورد نظر می باشد. برای مطالعه دینامیک قطره از این روش به دلیل سادگی تعریف انحنای محلی مرز میان دو فاز و کاربرد گسترده آن در شرایط فیزیکی مختلف، جهت ردگیری مرز میانی استفاده شده است. روش مجموعه سطوح می تواند ناپیوستگی مرزی را بدون نیاز به انطباق شبکه در مرز و شبکه سازی مجدد شبیه سازی کند. معادلات حاکم بر جریان غیرقابل تراکم با استفاده از الگوریتم Characteristic Based split) CBS) حل می شود. معادله حاکم بر روش مجموعه سطوح نیز بر روی همان شبکه اجزای محدود گسسته و با روش مشخصه گالرکین (Characteristic Galerkin Method) حل می گردد. در ادامه، جهت بررسی اثر اعداد بدون بعدی همچون، عدد رینولدز (Re)، عدد اتووس (Eo) و عدد مورتون (Mo)، بر روی شکل قطره در حال حرکت تحت اثر نیروی بویانسی، شبیه سازی های مختلفی با خواص فیزیکی متفاوت از سیستم، انجام پذیرفته است. همچنین نتایج حاصله با نتایج آزمایشگاهی گزارش شده قبلی مقایسه و مورد صحت سنجی قرار گرفته اند. این نتایج نشان می دهند که با افزایش قابل ملاحظه اثر نیروی کشش سطحی نسبت به نیروی لزجت (Mo≤1 و Eo>10) تغییر شکل قطره متحرک تحت اثر نیروی بویانسی بیشتر و با چیره شدن نیروی لزجت به نیروی کشش سطحی (Mo>103 و Eo>10) تغییر شکل قطره اندک می باشد.