view in publisher's site

Permeability calculation of rarefied gas flows through 2D porous structures using the lattice Boltzmann method

Highlights•The lattice Boltzmann method is implemented with proper modifications to simulate rarefied gas flows.•Permeability calculation is performed through 2D structured porous media within a wide range of rarefied regimes and porosity.•Numerical results are in good agreement with Klinkenberg's experimental results within the frame of the present work.AbstractIn the perspective of understanding the flow behavior of atmosphere gases through porous thermal protection systems (TPS) for spacecrafts, permeability calculation has been performed by implementing a modified lattice Boltzmann model. This realization allows the simulation of rarefied gas flows through the TPS micro-porous media. Rarefaction, characterized by the Knudsen number (Kn) is taken into account in the Multi-Relaxation Time (MRT) collision operator. In order to capture slippage effects encountered at solid interfaces in rarefied regimes, a diffuse bounce-back approach has been followed. Numerical simulations have been performed on structured 2D arrays of circular and square cylinders and permeability has been calculated according to Darcy's law. The effects of rarefaction, porous media geometry and porosity on permeability have been investigated.Computed results show that permeability increases as the gas becomes more rarefied. In the frame of the current study, it was also found that the rate of increase in permeability caused by rarefied effects appears to be independent of any geometric parameter. Finally, numerical results have shown to be well suited within the range of permeability values given by the correlations used for comparison.

محاسبه permeability گاز رقیق از طریق روش بولتزمن شبکه‌ای با استفاده از روش بولتزمن شبکه‌ای

کاره‌ای مهم: روش بولتزمن شبکه‌ای با تغییرات مناسب برای شبیه‌سازی جریان گاز رقیق اجرا می‌شود. محاسبه permeability از طریق محیط متخلخل ساختار یافته دو بعدی در گستره وسیعی از رژیم‌های کم و تخلخل انجام می‌شود. نتایج عددی در تطابق خوبی با نتایج تجربی Klinkenberg's در چارچوب درک رفتار جریان گازهای جو از طریق سیستم‌های حفاظت حرارتی متخلخل (TPS)برای spacecrafts، محاسبه تراوایی با اجرای یک مدل بولتزمن شبکه‌ای اصلاح‌شده اجرا شده‌است. این امر امکان شبیه‌سازی جریان گاز رقیق از طریق رسانه micro TPS را فراهم می‌آورد. rarefaction که توسط شماره Knudsen (Kn)مشخص می‌شود در عملگر تلاقی چند - (MRT)در نظر گرفته می‌شود. به منظور از دست دادن اثرات سر خوردن در واسط‌های جامد در رژیم‌های رقیق، یک رویکرد بازتاب کننده پراکنده دنبال شده‌است. شبیه‌سازی‌های عددی بر روی آرایه‌های دو بعدی ساختار دار متشکل از استوانه مربعی و مربعی انجام شده‌است و نفوذپذیری با توجه به قانون Darcy's محاسبه شده‌است. اثرات of، هندسه محیط متخلخل و تخلخل در تراوایی، نشان می‌دهد که نفوذپذیری گاز افزایش می‌یابد چون گاز بیشتر رقیق می‌شود. در چارچوب مطالعه حاضر، مشخص شد که میزان افزایش نفوذپذیری ناشی از اثرات رقیق به نظر مستقل از هر پارامتر هندسی است. در نهایت، نتایج عددی به خوبی در محدوده مقادیر تراوایی ناشی از همبستگی مورداستفاده در مقایسه نشان‌داده شده‌است.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Geophysics
  • ترجمه مقاله Geophysics
  • مقاله ژئوفیزیک
  • ترجمه مقاله ژئوفیزیک
  • مقاله Geochemistry and Petrology
  • ترجمه مقاله Geochemistry and Petrology
  • مقاله شیمی خاک و سنگ‌شناسی
  • ترجمه مقاله شیمی خاک و سنگ‌شناسی
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

95/12/18 - با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس و کروم٬ چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.