جریان سه فازی آب و هوا و نفت سفید، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

شرح پروژه (سه فازی)

هدف از این مسأله، شبیه سازی عددی یک مخلوط جریان سه فازی در یک کانال زیگراگی متخلخل با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent است.

این سه فاز شامل هوا، آب و نفت سفید (kerosene) است. کانال شامل یک بخش عمودی است که از دو بخش ورودی در بالا و پایین و یک بخش زیگزاگ در جهت افقی با یک بخش خروجی در انتهای آن تشکیل شده است. در حالت اولیه فقط جریان هوا در داخل کانال موجود است. در شروع فرآیند شبیه سازی، جریان آب از قسمت ورودی بالایی و جریان نفت سفید از قسمت ورودی پایین وارد کانال می‌شود.

مدل حاضر را با استفاده از نرم افزار دیزاین مدلر (Design Modeler) به صورت سه بعدی طراحی کرده‌ایم. این مدل از یک کانال عمودی برای ورود جریان‌های سیال و یک مسیر زیگزاگی متصل به آن در جهت افقی تشکیل شده است. مسیر زیگزاگی به صورت دندانه‌هایی عمود بر یکدیگر است. سطح مقطع کانال به شکل مربعی به ضلع 0.0002 متر می‌باشد. دو مقطع به عنوان ورودی جریان در پایین و بالای بخش عمودی کانال و یک مقطع خروجی برای بخش افقی و زیگزاگی کانال وجود دارد.

سپس ما مدل حاضر را با استفاده از نرم افزار انسیس مشینگ (ANSYS Meshing) مش بندی کرده‌ایم. مش بندی از نوع با سازمان (structured) بوده و تعداد سلول 416000 با شبکه بندی شده است.

روش‌های استفاده شده

برای این پروژه، از مدل چندفازی حجم سیال (VOF multiphase model) برای شبیه سازی جریان چندفازی استفاده کرده‌ایم. همچنین در فضای داخلی کانال، محیطی متخلخل (porous) با ضریب تخلخل (porosity) معادل 0.1 قرار گرفته است.

دو مقطع ورودی دارای شرایط مرزی فشار ورودی (pressure inlet) با فشار نسبی 1000 پاسکال و یک مقطع خروجی دارای شرایط مرزی از نوع فشار خروجی (pressure outlet) با فشار نسبی 0 پاسکال است.

در این شبیه سازی از حلگر ناپایا (unsteady) استفاده کرده‌ایم تا تغییر کسر حجمی هر فاز از نظر زمانی بررسی شود.

نتایج

در پایان فرانید حل، ما تغییرات کسر حجمی (volume fraction) هر فاز آب، هوا و نفت سفید را در گذر زمان بررسی کرده‌ایم. این شبیه سازی در 5 ثانیه با گام زمانی 0.1 ثانیه انجام شده است. همچنین ما کانتور دو بعدی و سه بعدی مربوط به فشار، سرعت و کسر حجمی هر یک از فازهای آب، هوا و نفت سفید را به دست آورده‌ایم. تمام کانتورها  در آخرین ثانیه از فرآیند شبیه سازی به دست می‌آیند.