مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تجربی و عددی اثر جریان آشوبناک بر اختلاط سیالات بسیار لزج

نویسنده
استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاهآزاداسلامی،واحدیادگار امام خمینی (ره) شهرری،تهران
چکیده
در مطالعه حاضر، اثر جابجایی آشوبناک بر اختلاط درون یک همزن جریان آرام به‌صورت تجربی و عددی بررسی شده است. همزن شامل دو روتور و یک استاتور استوانه‌ای با سطح مقطع دایروی است به صورتی که می‌‌توان سرعت چرخش روتورها را با زمان کنترل نمود. این نوع همزن در صنایع غذایی و دارویی کاربرد فراوان دارد. عملکرد همزن به‌صورت تجربی از طریق تزریق رنگ و ثبت تصاویر مورد بررسی قرار گرفت و به‌ صورت عددی نیز اثر جریان آشوبناک بر اختلاط با ردگیری لاگرانژی ذرات، محاسبه میزان کشیدگی المان‌های سیال و ایجاد مقاطع پوآنکاره به‌صورت کمی و کیفی نتایج تجربی نشان می‌‌دهد با اغتشاش سینوسی اعمال شده به سرعت دورانی روتورها نواحی ضعیف اختلاط در طول زمان از بین رفته و ذرات سیال به خوبی در سطح همزن پخش می‌شوند. با استفاده از شبیه‌سازی عددی نیز نشان می‌دهند هنگامی که سرعت دورانی روتورها متغیر است جریان درون همزن حساس به شرایط اولیه می‌باشد که این امر یکی از شاخصه‌های مهم جریان آشوبناک است. همچنین با محاسبه مقدار کشیدگی المان‌های سیال نشان داده شد که مقدار متوسط نمایی کشیدگی در جریان آشوبناک نسبت به جریان غیر آشوبناک افزایش 2 برابری دارد. در این تحقیق بر اساس مفاهیم علمی و کاربردی تئوری آشوب در مکانیک سیالات، راندمان همزن های دور پایین در اختلاط سیالات بسیار لزج بدون افزایش انرژی مصرفی، افزایش چشمگیری یافته است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Experimental and numerical investigation of effect of chaotic flow on mixing of highly viscous fluids

نویسنده English

amir tohidi
Department of Mechanical Engineering, Yadegar-e-Imam Khomeini (RAH) Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده English

In this study, the effect of chaotic advection on laminar mixing is analyzed experimentally and numerically. Mixer includes two circular rotors and a circular stator in the way that rotational speed of each rotor could be controlled by time. This kind of mixer is widely used in the food and pharmaceutical industry. The performance of the mixer was investigated experimentally with dye injection and image recording. Moreover, the effect of chaotic flow on mixing numerically is studied qualitatively and quantitatively with Lagrangian fluid particle tracing, calculating the stretching rate of fluid elements and Poincare sections. The experimental results indicate that as a result of applying sinusoidal perturbation on rotational velocity of rotors, weak mixing zones will disappear with the passage of time, and fluid particles will be distributed uniformly in the surface of the mixer. Numerical simulation shows that the mixer flow is sensitive to initial condition when rotational velocity of rotors is variable, and this is one of important factors in chaotic flow. Further, calculation of stretching rate of fluid elements indicates that average exponential value of fluid elements stretching in the chaotic flow is two times more than non-chaotic one. This research, based on scientific concepts and theoretical application of chaos in fluid mechanics, denotes that the efficiency of low-speed mixers in highly viscous fluid mixing is increased without any increase in the consuming energy.

کلیدواژه‌ها English

Chaotic mixer
Mixing
highly viscous fluid
Laminar flow