غلامرضا ایمانی

در این پژوهش، خصوصیات جریان سیال مربوط به یک استوانه متخلخل چرخان با نفوذپذیری متغیر در جریان یکنواخت با استفاده از روش بولتزمن شبکه ای با زمان آرامش چندگانه، شبیه سازی شده است. برای این منظور، از معادلات حاکم متوسط گیری شده ذاتی و دیدگاه تک دامنه ای استفاده شده است به طوری که در این روش نیازی به اعمال شرایط سازگاری در مرز واسط محیط متخلخل-سیال یا محیط متخلخل-محیط متخلخل نیست. در این پژوهش، با ایده گرفتن از مارپیچ های پلیمری، نفوذپذیری متغیر با مکان به صورت تابعی نمایی از فاصله شعاعی تا مرکز استوانه در نظر گرفته شده است. اثرات دو پارامتر مهم شامل عدد دارسی مرجع، که در این پژوهش تعریف شده است، و نسبت سرعت بر خطوط جریان، ضریب فشار، ضریب پسا و ضریب برآ در دو حالت نفوذپذیری ثابت و متغیر با مکان بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که تقارن جریان سیال و کانتورهای ضریب فشار، به واسطه شتاب گیری و ترمز سیال به ترتیب در نواحی فوقانی و تحتانی استوانه متخلخل در حال چرخش در جهت ساعتگرد به هم می خورد که باعث ایجاد یک نیروی برآ به نام برآی مگنوس می شود. برای یک استوانه متخلخل چرخان با نفوذپذیری متغیر با مکان سه نوع گردابه شناسایی شد که شامل گردابه نامتقارن جدا شده، گردابه دربرگیرنده و گردابه محصور است که اخیراً برای استوانه متخلخل چرخان با نفوذپذیری ثابت نیز گزارش شده است. نتایج نشان می دهد که برای عدد دارسی معیار کوچک 〖Da〗_0=10^(-6) ساختار جریان مشابه حالت نفوذپذیری ثابت برای عدد دارسی یکسان است. اما برای مقادیر میانی و بزرگ عدد دارسی معیار، به دلیل آن که افزایش نمایی نفوذپذیری در جهت شعاع باعث تغییر بازه عدد دارسی از بازه های کوچک و میانی به بازه های میانی و بزرگ می شود، ساختار جریان انحراف قابل توجهی نسبت به حالت نفوذپذیری ثابت پیدا می کند. اثرات ترکیبی نسبت سرعت و عدد دارسی معیار باعث می شود که ضریب پسا رفتار پیچیده ای از خود نشان دهد، به طوری که پرش در ضریب پسا در مقادیر میانی عدد دارسی مشاهده می شود. هم چنین، رفتار تغییرات ضریب پسا بر حسب نسبت سرعت از یک عدد دارسی میانی به بعد کاملاً برعکس می شود. علاوه بر رفتار پیچیده ضریب پسا، ضریب برآ نیز در مقادیر میانی و بزرگ عدد دارسی معیار منفی می شود و رفتاری به نام ضریب برآی مگنوس معکوس را به نمایش می گذارد.