بررسی عددی زمان ثابت دینامیک (پویایی) خوشه حباب با روش اتخاذ رابط رویکرد جریان چند فازی
چکیده
این مقاله یک رویکرد جریان چند فازی برای اتخاذ دوره فروپاشی زمان ثابت خوشه های حباب در اشکال مختلف هندسی ارائه می دهد. این روش شبیه سازی برای اولین بار از طریق محاسبه رفتار پویایی یک حباب بخار ایزوله در یک فشار محیط یکنواخت بررسی شده است. مقایسه بین نتیجه عددی و راه حل تئوری نشان می دهد که این روش می تواند دقیقا شکل حباب را بگیرد، زمان مشخصه و فشار بسیار بالا نیز ناشی از فروپاشی است. سپس این روش شبیه سازی برای بررسی رفتار دو نوع خوشه حباب در اشکال هندسی شش ضلعی و مکعبی استفاده می شود. به طور کلی توالی فروپاشی پیش بینی شده و مشخصات شکل حباب ها با نتایج تجربی همخوانی دارند. حباب ها تغییر شکل پیدا کرده و از لایه بیرونی به سمت لایه های درونی شکسته می شوند. در هر لایه، ابتدا حباب های موجود در زوایا قبل از فروپاشی به شکل نخود درآمده و سوراخ می شوند، سپس حباب ها در دو طرف شروع به کوچک شدن می کنند. همچنین مشخص شده است که در مقایسه با مورد یک تک حباب ایزوله، حباب مرکزی درون خوشه همواره در مراحل اولیه آهسته تر منقبض می شود و در مرحله نهایی شدیدتر فرو می پاشند.
مقدمه
حفره زایی اغلب در طیف گسترده ای از دستگاه های هیدرولیک زمانی رخ می دهد که فشار استاتیک در مایعات به علت سرعت محلی بالا به شدت کاهش می یابد. اثر فرسایش (رفتگی) حفره ای ناشی از بارهای ضربه چرخه ای از فروپاشی خوشه حباب بر روی بخش کوچکی از سطح جامد در یک زمان بسیار کوتاه است. رفتگی حفره ای به طور گسترده ای، به خصوص به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفت. این یک حس مشترک است که اگر کسی قصد تحقیقات بیشتر در مورد مکانیزم فرسایش داشته باشد، ساختار داخلی خوشه حباب درون ابر حفره زایی و فرآیند فروپاشی آن باید دقیق تر مورد مطالعه قرار گیرد. با این حال، مقیاس میکروسکوپی حباب ها، تکنیک های تجربی را در بررسی فعل و انفعالات بین حباب ها در دوره فروپاشی غیر عملی می کند.
Abstract
The present paper proposes a multiphase flow approach for capturing the time-resolved collapse course of bubble clusters in various geometrical configurations. The simulation method is first verified by computing the dynamic behavior of an isolated vapor bubble placed in a uniform ambient pressure. The comparison between the numerical result and the theoretical solution indicates that the method can accurately capture the bubble shape, the characteristic time and the extremely high pressure induced by the collapse. Then the simulation method is applied to investigate the behavior of two kinds of bubble clusters in hexagonal and cubic geometrical configurations. The predicted collapsing sequence and the shape characteristics of the bubbles are generally in agreement with the experimental results. The bubbles transform and break from the outer layer toward the inner layers. In each layer, the bubbles on the corner first change into a pea shape and cave before collapsing, then the bubbles on the sides begin to shrink. It is also found that, in comparison with the case of an isolated single bubble, the central bubble in the cluster always contracts more slowly at the early stage and collapses more violently at the final stage.
Introduction
Cavitation often occurs in a wide range of hydraulic devices when the static pressure in the fluids drops greatly due to the local high speed. The cavitation erosion effect is caused by the cyclic impact loads of the bubble cluster collapse acting on the tiny area of the solid surface in a very short time. The cavitation erosion was extensively studied, especially, experimentally. It has been a common sense that the internal structure of the bubble cluster inside the cavitation cloud and its collapse process should be more precisely studied, if one intends to go further in the erosion mechanism research. However, the microscopic scale of the bubbles makes experimental techniques impractical in studying the interaction between the bubbles in the course of collapse.
چکیده
مقدمه
1. رویکرد جریان چند مرحله ای
1.1 تابع کسر حجمی
1.2 مدل همگن یک سیال
2. مدل ریاضی و معادلات
2.1 معادلات حاکم بر شبیه سازی خوشه حباب
2.2 فرمول بندی و مدل دینامیک حباب
3. استراتژی عددی
3.1 گسسته سازی فضایی و زمانی
3.2 الگوریتم اتصال فشار-سرعت- چگالی
4. فروپاشی تک حباب جدا شده
5. خوشه حباب در شکل مسطح
6. خوشه حباب به شکل مکعب
7. نتیجه گیری
Abstract
Introduction
1. Multiphase flow approach
1.1 Volume fraction function
1.2 One-fluid homogeneous model
2. Mathematical model and equations
2.1 Governing equations for bubble cluster simulation
2.2 Bubble dynamics model and formulation
3. Numerical strategy
3.1 Spatial and temporal discretizations
3.2 Pressure-velocity-density coupling Algorithm
4. Collapse of isolated single bubble
5. Bubble cluster in planar configuration
6. Bubble cluster in cubic configuration
7. Conclusions
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه