کنترل جریان سیال با محیط متخلخل: روش شبکه بولتزمن

در این مقاله با استفاده از روش شبکه بولتزمن و ترکیب آن با مدل برینکمن-فورچیمر به مطالعه جریان اطراف مانع مربعی پوشیده شده توسط محیط متخلخل پرداخته می شود. در این مدل، اثرات نیروی پسا ناشی از حضور محیط متخلخل به صورت یک عبارت نیرو در معادله ی شبکه بولتزمن وارد می شود. در ابتدا جریان پوازی صفحه ای کاملا متخلخل، جریان حفره کاملا متخلخل و جریان کوئت کاملا متخلخل شبیه سازی شده و نتایج عددی حاصل با نتایج موجود در پژوهش های پیشین اعتبار سنجی می گردد. سپس با افزودن یک لایه محیط متخلخل با ضخامت مشخص به اطراف مانع مربعی درون کانال، به تاثیر حضور این لایه بر هیدرودینامیک جریان برای اعداد رینولدز 20 تا 250 و اعداد دارسی 2-10 تا 6-10 پرداخته می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که با انتخاب مناسب پارامترهای محیط متخلخل می توان جدایش جریان را به تاخیر انداخت و در نتیجه عدد استروهال و نیروی پسا وارد بر مانع را به طور قابل توجهی کم کرد. بر اساس نتایج حاصل، در اعداد دارسی بزرگتر و ضخامت های کمتر محیط متخلخل، کاهش ضریب پسا و عدد استروهال، بیشتر خواهد بود. در اعداد رینولدز کوچکتر از 60 به دلیل آنکه جدایش جریانی وجود ندارد، افزودن محیط متخلخل تاثیری بر ضریب پسا مانع مربعی ندارد، ولی با افزایش عدد رینولدز از آن جایی که محیط متخلخل جدایش جریان را به تاخیر می اندازد، کاهش ضریب پسا محسوس می گردد. همچنین نتایج شبیه سازی نشان می دهد که در یک ضخامت و عدد دارسی ثابت، تغییر در ضریب تخلخل محیط، تاثیر اندکی بر پارامترهای جریان مانند ضریب پسا دارد.