دانلود ترجمه مقاله بررسی عددی زمان ثابت پویایی خوشه حباب حل شده (ساینس دایرکت – الزویر ۲۰۱۷) (ترجمه ویژه – طلایی ⭐️⭐️⭐️)

بررسی عددی زمان ثابت پویایی خوشه حباب حل شده با استفاده از روش ضبط رابط از روش جریان چند فازی

Numerical investigation of the time-resolved bubble cluster dynamics by using the interface capturing method of multiphase flow approach

چکیده
مقدمه
۱- رویکرد جریان چند مرحله ای
۱-۱ تابع کسر حجمی
۱-۲ مدل همگن یک سیال
۲- مدل ریاضی و معادلات
۲-۱ معادلات حاکم بر شبیه سازی خوشه حباب
۲-۲ فرمول بندی و مدل دینامیک حباب
۳- استراتژی عددی
۳-۱ گسسته سازی فضایی و زمانی
۳-۲ الگوریتم اتصال فشار-سرعت- چگالی
۴- فروپاشی تک حباب جدا شده
۵- خوشه حباب در شکل مسطح
۶- خوشه حباب به شکل مکعب
۷- نتیجه گیری

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.

۷- نتیجه گیری

این مطالعه یک رویکرد شبیه سازی جریان چند فازی بر اساس مدل حفره زایی همگن و روشهای عددی متناظر را برای ضبط فرایند فروپاشی زمان ثابت خوشه های حباب در اشکال هندسی مختلف اتخاذ کرده است. این روش شبیه سازی ابتدا از طریق محاسبه رفتار دینامیک یک حباب بخار ایزوله قرار گرفته در یک میدان فشار یکنواخت ثابت مورد بررسی قرار گرفته است. مقایسه بین نتیجه عددی و راه حل تئوری نشان می دهد که این روش می تواند یک ضبط دقیق برای فرایند فروپاشی، زمان مشخصه و فشار بسیار بالا ناشی از فروپاشی را ارائه دهد. روش شبیه سازی عددی سپس به منظور بررسی رفتار دو نوع خوشه حباب با اشکال هندسی شش ضلعی و مکعبی مورد استفاده قرار گرفته است. به طور کلی توالی فروپاشی پیش بینی شده و ویژگی های شکل حباب ها با نتایج تجربی مطابقت دارند. حباب ها تغییر شکل پیدا کرده و از لایه بیرونی به سمت لایه درونی می شکنند. در هر لایه، ابتدا حباب های موجود در زوایا قبل از فروپاشی به شکل یک نخود در آمده و سوراخ می شوند، سپس حباب های جانبی شروع به کوچک شدن می کنند. همچنین این نشان داده شده است که حباب مرکزی درون خوشه در مقایسه با مورد یک تک حباب جدا شده، همواره در مراحل اولیه آهسته تر منقبض شده و در مرحله نهایی به شدت فرو می پاشد.

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.

۷- Conclusions

This study adopts a multiphase flow simulation approach based on the homogeneous cavitation model and its corresponding numerical methods to capture the time-resolved collapse process of the bubble clusters in various geometrical configurations. The simulation method is firstly verified by computing the dynamic behavior of an isolated vapor bubble placed in a stationary uniform pressure field. The comparison between the numerical result and the theoretical solution indicates that the method can provide an accurate capturing for the collapse process, the characteristic time and the extremely high pressure induced by the collapse. Then the numerical 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 ones. 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.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

بررسی عددی زمان ثابت پویایی خوشه حباب حل شده با استفاده از روش ضبط رابط از روش جریان چند فازی

Numerical investigation of the time-resolved bubble cluster dynamics by using the interface capturing method of multiphase flow approach