بررسی جریان داخلی مخلوط گاز دوتایی درون یک استوانه دوار به روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند

2 کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند

3 دانشیار، دانشکده مهندسی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

در مقاله حاضر، جریان داخلی مخلوط حاوی گاز­های آرگون و هلیوم درون یک استوانه دوار با سرعت زاویه­ای و دمای دیواره  ثابت به روش شبیه­سازی مستقیم مونت کارلو مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور بررسی وابستگی حل به تعداد مولکول مدل، از دو تعداد مولکول مختلف استفاده شده است. نتایج نشان می­دهد که افزایش تعداد مولکول­های مدل، منجر به نتایج با دقت بیشتری می‎شود، اما منجر به افزایش زمان شبیه‎سازی می­گردد. در مدل‎های برخورد مولکولی از دو مدل کره­ سخت با قطر متغیر و مدل کره نرم با قطر متغیر استفاده شده و نتایج آنها با یکدیگر مقایسه گردیده است. نتایج نشان می‎دهد که شبیه سازی با استفاده از مدل کره نرم نسبت به مدل کره سخت برای دمای مخلوط در نزدیکی دیواره سیلندر از دقت بالاتری برخوردار است. حل تحلیلی مربوطه نیز ارائه شده و با نتایج شبیه­سازی عددی کار حاضر مقایسه گردیده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Bird GA  (1994) Molecular gas dynamics and the direct simulation of gas flows. Oxford University Press.

[2] Yang JY, Huang JC (1995) Rarefied flow computations using nonlinear model boltzmann equations. J Comput Phys 120: 323-339.

[3] Rjasanow S, Wagner WA (1998) Generalized collision mechanism for stochastic particle schemes approximating boltzmann-type equations. Computers Math Applic 35(1-2): 165-178.

[4] Bobylev AV, Rjasanow S (1999) Fast determ- inistic method of solving boltzmann equation for hard spheres. Mech B-Fluids 18: 869-887.

[5] Mieussens L (2000) Discrete velocity model and implicit scheme for the BGK Equation of  rarefied gas dynamics. Math  Models and Met. in Applied Sci 10(8): 1121-1149.

[6] Mieussens L (2000) Discrete velocity models and numerical schemes for the boltzmann BGK equation in plane and axisymmetric geometries. J Comput Phys 162: 429-466.

[7] Montanero JM, Garzo V (2002) Rheological properties  in a low-density granular mixture. Physica A 310:17-38.

[8] Raines A(2002) Study of a shock wave structure in gas mixtures on the basis of the boltzmann equation. Eur J Mech B-Fluid 21: 599-610.

[9] Nourazar SS, Hosseini SM, Ramezani A,  Dehghanpour HR (2005) Comparison  between the Navier-Stokes and the Boltzmann equations for the simulation of an axially symmetric compressible flow with shock wave using the Monte-Carlo method. Computational Methods and  Experimental  Measurements XII, WIT Transaction on Modeling and Simulationl 41: 41-69.

[10] Lan X, Li ZX, Wang M (2005) Similarity of microscale and rarefied gas flows. ASME 3rd International Conference on Microchannels and Minichannels ICMM2005 June 13-15, Toronto, Ontario, Canada.

[11] Prasanth, PS,  Kakkassery  J K (2008) Molecular models for simulation of rarefied gas flows using direct simulation Monte Carlo method, Fluid Dyn Res 40(4): 233-252.

[12] Ganjaei AA and Nourazar S (2009) A new algorithm for the simulation of the Boltzmann equation using the direct simulation Monte-Carlo method. J Mech Sci Technol 23: 2861–2870.

 [13] ابوطالبی علی (1389) بررسی اثرات چرخش استوانه در جریان داخلی مخلوط گازهای آرگون و هلیوم به روش شبیه سازی مسقیم مونت کارلو، کارشناسی ارشد، بیرجند، دانشگاه بیرجند.

[14] Cercignani C (1988) The Boltzman equation and its applications, Lectures series in mathematics. 68, Berlin, New York, Springer-Verlag.