شبیه سازی جریان دوفازی رسوب ذرات معلق درون محیط متخلخل به روش مقیاس حفره

شبیه سازی جریان دوفازی رسوب ذرات معلق درون محیط متخلخل به روش مقیاس حفره

در این تحقیق فرایند انتقال ذرات جامد و رسوب آنها درون محیط متخلخل بررسی شده است. پدیده رسوب ذرات درون محیط متخلخل در مواردی مانند تصفیه آب، فیلتراسیون تهویه مطبوع، آلودگی ذرات میکروپلاستیک بسیار کاربردی است.

برای این منظور محیط متخلخل در مقیاس حفره Pore scale modeling به روش المان گسسته DEM مدل شده است. در روش مقیاس حفره، سازه و منافذ محیط متخلخل در مقیاس واقعی مدلسازی میشود. به این ترتیب رفتار محیط متخلخل با دقت بالایی شبیه سازی خواهد شد.

برای حل جریان دوفازی شامل سیال پایه و ذرات معلق از رویکرد اویلری-لاگرانژی استفاده شده است. در این روش دینامیک جریان سیال پایه که بصورت فاز پیوسته در نظر گرفته میشود، با دیدگاه اویلری و دینامیک ذرات جامد معلق درون فاز پیوسته، به روش لاگرانژی حل خواهند شد. در دیدگاه لاگرانژی با ردیابی ذرات جامد مسیر انتقال و یا ته نشست آنها مشخص خواهد شد.

در این مسئله، قطر ذرات معلق 5 میکرون در نظرگرفته شده و نیروهای درگ، شناوری و جرم مجازی به آن وارد میشوند. با بررسی جامعه آماری ذرات رسوب شده و محاسبه فراوانی آنها میتوان نرخ رسوب ذرات را در طول مسیر جریان درون محیط متخلخل محاسبه کرد. طبیعتا با رسوب ذرات درون محیط متخلخل از ضریب تخلخل و ضریب نفوذپذیری کاسته میشود. با شبیه سازی انجام شده این اندازه گیری ها اماکن پذیر بوده و نتایج ارزشمندی دردست خواهد گذاشت.

ساختار محیط متخلخل که بر خواص محیط متخلخل شامل ضرایب تخلخل و ضریب نفوذپذیری تاثیر می گذراد، محدوده سرعت جریان سیال، قطر و کسر حجمی ذرات معلق، نیروهای میدانی شامل نیروهای مغناطیسی موثر بر ذرات معلق، نوع سیال پایه شامل سیال نیوتنی و یا سیال غیر نیوتنی و … از جمله موارد قابل بررسی به عنوان چالش های جدید در این حوزه میباشد.

[1]- Pore-scale investigation of the use of reactive nanoparticles for in situ remediation of contaminated groundwater source (2020).

[2]- Porous bead-on-string poly(lactic acid) fibrous membranes for air filtration (2015).

[3]- A pore-scale investigation of microplastics migration and deposition during unsaturated flow in porous media (2023).