مروری بر انواع روش‌های مدل‌سازی جریان چندفازی در محیط متخلخل

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه علم و صنعت ایران

2 دانشگاه علم و صنعت ایران

10.22034/ijche.2023.363011.1239

چکیده

جریان‌ سیال چند فازی زمانی اتفاق می‌افتند که دو یا چند سیال به آسانی با هم مخلوط نمی‌شوند (مانند هوا و آب) و یک سطح مشترک بین آن ها وجود دارد. جریان‌های چند فازی می‌توانند شامل سیالات چندفازی تک جزیی، به عنوان مثال، آب و بخار آن، و سیالات چند فازی چند جزیی، به عنوان مثال، نفت/آب در محیط متخلخل باشند. روش‌های مدل‌سازی جریانات چند فازی به دو دسته میکروسکوپیک و ماکروسکوپیک تقسیم می‌شوند. در این مقاله به مروری از روش‌های موازنه جمعیت، تنظیم سطح، میدانی فازی، لتیس بولتزمن، ممانعت اندازه، ردیابی جبهه و حجم سیال پرداخته می‌شود. روش‌های ردیابی جبهه و میدانی فازی از دقت بسیار بالایی برخوردارند. روش‌های تنظیم سطح و حجم سیال از نظر مفهومی ساده می‌باشند، ولی تجزیه و تحلیل محاسبات روش میدانی فازی پیچیده است. در روش‌های حجم سیال و میدانی فازی ایجاد ناپایداری عددی محتمل‌تر است ولی این موضوع در روش لتیس بولتزمن اتفاق نخواهد افتاد. روش لتیس بولتزمن به زمان اجرای کم و روش موازنه جمعیت به بیشترین مدت زمان نسبت به سایر روش‌ها نیاز دارد. روش‌های مختلف دارای مزایا و معایب متفاوتی می‌باشند، در نتیجه برای انتخاب روش مناسب باید شرایطی همچون ساختار مسئله، زمان، هزینه و دقت نتایج در نظر گرفته شود. در این مقاله به بررسی و مقایسه انواع روش های مدل سازی جریان چندفازی در محیط متخلخل پرداخته شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A review of various techniques of multiphase flow modeling in porous media

نویسندگان [English]

  • saber moghaddam 1
  • mohammad reza moghbeli 2
1 chemical engineering department, Iran university of science and technilogy
2
چکیده [English]

Multiphase flows occur when two or more fluids that are not mixed (such as air and water) find an interface. Multiphase flows can be categorized into single component multiphase fluids, e.g., water and vapor, and multi-component multiphase fluids such as oil-water mixture in porous media. These multiphase flow modeling methods that are divided into microscopic and macroscopic approaches have been the major focus of this review paper by emphasizing the methods of population balance model, level set, phase field, lattice Boltzmann, size exclusion, front-tracking, and volume of fluid. As a result of this study, it could be mentioned that the front-tracking and phase field methods could be accounted as methods with high accuracy and that the level set and volume of fluid methods are conceptually simple, while the phase field methods struggle with complex computational analysis. Achieving numerical instability like what happens to the lattice Boltzmann method is more probable than the phase field and volume of fluid method. Low computation time is the main advantage of the lattice Boltzmann method while the population balance method is suffering from a long time of analysis. Finally, appropriate methods must be selected based on the problem's concept, time, cost, and accuracy. In this study, a comparative study among various methods of multiphase flow modeling in porous media has been performed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Multiphase flows
  • Population balance model
  • Level set
  • Phase field
  • Lattice Boltzmann