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 جریان گاز رقیق از طریق ساختارهای متخلخل دو بعدی با استفاده از روش بولتزمن شبکه‌ای

کاره‌ای مهم: روش بولتزمن شبکه‌ای با تغییرات مناسب برای شبیه‌سازی جریان‌های گازی رقیق به کار می‌رود. محاسبات permeability از طریق محیط متخلخل ساختاری ۲ بعدی در طیف وسیعی از رژیم‌های رقیق و تخلخل انجام می‌شود. * نتایج عددی در تطابق خوبی با نتایج تجربی Klinkenberg's در چارچوب of حاضر هستند، چشم‌انداز درک رفتار جریان گازهای اتمسفر از طریق سیستم‌های حفاظت حرارتی متخلخل (TPS)برای spacecrafts، محاسبه نفوذپذیری با اجرای مدل شبکه بولتزمن شبکه‌ای اصلاح‌شده انجام شده‌است. این درک امکان شبیه‌سازی جریان گاز رقیق را از طریق محیط متخلخل میکرو متخلخل فراهم می‌کند. rarefaction که مشخصه تعداد Knudsen (Kn)است، در عملگر برخورد چند - (MRT)در نظر گرفته شده‌است. به منظور ثبت اثرات لغزش که در محیط‌های رقیق در رژیم‌های رقیق دیده می‌شوند، یک رویکرد بازتاب - برگشتی منتشر شده‌است. شبیه‌سازی‌های عددی بر روی آرایه‌های دوبعدی ساختار یافته از سیلندر و سیلندر مربعی‌شکل انجام شده‌است و نفوذپذیری مطابق با قانون Darcy's محاسبه شده‌است. اثرات رقت، هندسه محیط متخلخل و تخلخل بر نفوذپذیری نشان می‌دهد که نفوذپذیری افزایش می‌یابد زیرا گاز بیش از حد رقیق می‌شود. در چارچوب مطالعه حاضر مشخص شد که میزان افزایش نفوذپذیری ناشی از اثرات رقیق به نظر مستقل از هر پارامتر هندسی به نظر می‌رسد. در نهایت، نتایج عددی به خوبی در دامنه مقادیر نفوذپذیری ارائه‌شده توسط همبستگی‌های مورد استفاده برای مقایسه نشان‌داده شده‌است.

ترجمه شده با

Download PDF سفارش ترجمه این مقاله این مقاله را خودتان با کمک ترجمه کنید
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.