نرم افزار فلوئنت Fluent مسیر یک ذرهی فاز گسسته (مثلاً قطره یا حباب) را با انتگرال گیری از تعادل نیرو بر روی ذره، که در یک چارچوب مرجع لاگرانژی نوشته شدهاست، پیشبینی میکند. این موازنه نیرو، اینرسی ذره را با نیروهای وارد بر ذره برابر میکند و میتواند (برای جهت x در مختصات دکارتی) به صورت زیر نوشته شود:
عبارت اول در سمت راست نیروی درگ بر روی ذره در واحد جرم ذره، جمله دوم اثر گرانش بر ذره و Fx سایر نیروهایی که ممکن است بر ذره وارد شود را نشان میدهد.
نیروی درگ، نیروی درگ استوکس است که به دلیل سرعت نسبی بین سیال و ذره بر روی ذره و در جهت جریان عمل میکند. نیروی درگ غالبترین نیرو برای حرکت ذرات است، به خصوص زمانی که عدد رینولدز ذره کمتر از ۱۰۰ باشد.
نیروی درگ، نیروی درگ استوکس است که به دلیل سرعت نسبی بین سیال و ذره بر روی ذره و در جهت جریان عمل میکند. نیروی درگ غالبترین نیرو برای حرکت ذرات است، به خصوص زمانی که عدد رینولدز ذره کمتر از ۱۰۰ باشد. زمانیکه رینولدز ذره Re<10 باشد نیروی درگ بر اساس قانون استوکس، زمانیکه ۵۰۰>Re و Re>1 باشد نیروی درگ بر اساس قانون استوکس اصلاح شده و همچنین زمانیکه Re>500 و Re<200000 باشد از قانون نیوتن برای محاسبه نیروی درگ استفاده میشود.
نیروی جرم مجازی، شتاب سیال در نزدیکی سطح ذره را از سرعت سیال به سرعت ذره توصیف میکند. جرم سیالی که تحت این شتاب قرار میگیرد «جرم حمل شده» نامیده میشود که برابر با نیمی از جرم سیال جابجا شده است. شتاب سیال در نزدیکی ذره باعث میشود که جریان در اطراف ذره با جریان در حرکت پایدار متفاوت باشد.
شتاب سیال در نزدیکی ذره باعث می شود که جریان اطراف ذره با حرکت پایا متفاوت باشد. تاریخچهی تأثیر، نیروی مورد نیاز برای حفظ الگوی جریان است که توسط بست (Basset) تقریب زده شده است. این نیرو به تاریخچه مسیر ذرات بستگی دارد و از این رو “تاریخچه تاثیر” نامیده شده است. اثر جرمی مجازی و نیروهای Basset، برای ذراتی که چگالی آنها بسیار بزرگتر از چگالی سیال باشد ناچیز است.
نیروی لیفت سافمن (Saffman) ناشی از برش سیال اطراف است که منجر به توزیع فشار غیر یکنواخت در اطراف ذره میشود. این نیرو مقادیر غیر بدیهی را تنها در زیرلایه ویسکوز فرض میکند. اگر ذره حرکت سیال را هدایت کند آنگاه نیروی لیفت منفی بوده و ذره از شیب سرعت به سمت دیواره حرکت میکند. برعکس، اگر ذره از سیال فاصله بگیرد، آنگاه نیروی لیفت مثبت بوده و از شیب سرعت را از دیواره دور میکند. این نیرو معمولاً سرعت رسوب را افزایش میدهد و وانگ و همکارانش نشان دادند که نادیده گرفتن این نیرو منجر به کاهش اندکی در نرخ رسوب میشود. نیروی جاذبه، نیروی جسم است که بر روی ذره عمل میکند و تنها برای ذرات بزرگ در رژیم استوکس مهم است.
نیروی برخورد بین ذرات همانطور از اسمش پیداست نیروی به وجود آمده از برخورد میان ذرات است. این نیرو معمولاً زمانی مهم است که کسر حجمی فاز پراکنده بالا باشد. نیروی مگنوس نیروی لیفتی است که در اثر چرخش ذره ایجاد میشود. لیفت ناشی از اختلاف فشار بین دو طرف ذره است که از اختلاف سرعت ناشی از چرخش حاصل میشود. کالیو و ریکز (Kallio & Reeks) اشاره کردند که این مقدار کمتر از نیروی Saffman در بیشتر مناطق میدان جریان است.
نیروهای براونی و ترموفورتیک برای ذرات با ابعاد زیر میکرون مهم هستند. نیروی براونی ناشی از اثر برخورد ذرات با مولکولهای گاز همزده میباشد. تالبوت و همکارانش (Talbot et al) نشان دادند که نیروی ترموفورتیک ناشی از تبادل مومنتوم نابرابر بین ذره و سیال است. سرعتهای مولکولی بالاتر در یک طرف ذره به دلیل دمای بالاتر باعث افزایش تبادل مومنتوم بیشتر و منجر به جهت گیری نیرو در جهت کاهش دما میشود. آل – باتیش و همکاران (El-Batsh et al) اشاره کردند که براساس نتایج تالبوت و همکارانش (Talbot et al)، اثرات رقیقشدگی زمانی مهم هستند که ذرات در ناحیه زیرمیکرون باشند زیرا کاهش در ضریب درگ وجود دارد. در چنین شرایطی، جریان گاز در اطراف ذره را نمیتوان به صورت یک ساختار پیوسته در نظر گرفت. در عوض، حرکت ذرات توسط برخورد مولکولهای گاز با سطح ذره القا میشود. رقیق شدگی در رژیم غیر پیوسته که توسط عدد نادسن (Kn)تعیین میشود، مهم است. عدد نادسن به عنوان نسبت میانگین مسیر آزاد مولکول های گاز به اندازه ذرات تعریف می شود.
با استفاده از دوره آموزش فلوئنت که یکی از دوره های جامع و کامل در این حوزه است با یادگیری فلوئنت بپردازید.
خیلی کلی و مختصر بود.