مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

رفتار قطره سیال دی‌الکتریک تحت تأثیر میدان مغناطیسی یکنواخت

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، واحد اهر، دانشگاه آزاد اسلامی، اهر، ایران
2 دانشکده فنی و مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
چکیده
در این پژوهش به بررسی رفتار یک قطره سیال دی‌الکتریک تحت اثر میدان مغناطیسی خارجی یکنواخت اعمال‌شده، پرداخته شده است که پیش از این تصور بر آن بود که میدان مغناطیسی یکنواخت بر سیالات دی‌الکتریک نیروی خالصی وارد نمی‌کند. به منظور مشخص‌شدن اثر خالص میدان مغناطیسی یکنواخت، قطره ساکن در ستون سیالی که خود ساکن است، در نظر گرفته شد. با توجه به اینکه رفتار قطره در سطح افقی بررسی شده است، اثر خالص جاذبه گرانشی زمین بر قطره و سیال اطراف آن نیز صفر است. در نتیجه بروز هرگونه تغییری در وضعیت قطره مورد مطالعه ناشی از اثر میدان مغناطیسی اعمال‌شده خواهد بود. برای انجام این پژوهش از تحلیل عددی استفاده شده است. معادلات اصلی حاکم بر مساله شامل معادلات پیوستگی، مومنتوم، معادلات لول‌ست برای شبیه‌سازی مرز مشترک فازها و نیز معادلات بازسازی و مقداردهی مجدد معادلات لول‌ست برای کنترل خطای جرمی این روش هستند. معادلات حاکم بر مساله با کدنویسی در محیط برنامه‌نویسی فرترن گسسته‌سازی و حل شده است. رفتار قطره مورد مطالعه در رژیم‌های مختلف قطره و نیز تحت تأثیر قدرت‌های مختلف میدان مغناطیسی اعمال‌شده، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج پژوهش در حالت‌های مختلف بررسی شده، نشان می‌دهد که قطره ساکن در اثر میدان مغناطیسی اعمال‌شده دچار تغییر شکل شده و شروع به ارتعاش می‌کند که سبب القای حرکت در سیال ساکن اطراف خود نیز می‌شود.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Behaviour of Dielectric Fluid Droplet under the Influence of Uniform Magnetic Field

نویسندگان English

A. Hadidi 1
M.R. Ansari 2
1 Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, Ahar Branch, Islamic Azad University, Ahar, Iran
2 Mechanical Engineering Faculty, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده English

In this research, the behaviour of a single droplet of the dielectric field under the effect of the applied external uniform magnetic field has been investigated. Previously, it was thought that no force is applied to the dielectric fluids when exposed to the uniform magnetic field. A stagnant droplet in a quiescent fluid column was considered in order to determination of the net effect of the applied uniform magnetic field. Considering that the droplet behaviour has been investigated in the horizontal plane, the net effect of the gravity on the droplet and the surrounding fluid is also zero. Therefore, any change in the condition of the considered droplet will be due to the effect of the applied magnetic field. Numerical analysis has been used to perform this research. The governing equations of the problem are the continuity, momentum, level set equations for interface simulation, re-initialization and re-construction equations of the level set equations to control the mass dissipation of this method. The governing equations have been discretized and solved by developing code in the Fortran programming environment. The behaviour of the considered droplet in various regimes has been investigated under the different magnitudes of the applied magnetic field. The results of the research in various cases show that stagnant droplet deforms under the effect of the applied magnetic field and starts to vibrate which also induces the motion in the surrounding quiescent fluid.

کلیدواژه‌ها English

Droplet
Dielectric fluid
Uniform magnetic field
Vibration
Numerical analysis
Hadidi A, Ansari MR. Magnetic field effects on a bubble behavior in two-phase flow by using a Level Set method. Modares Mechanical Engineering. 2012;12(1):1-10. [Persian] [Link]
Hadidi A. Numerical simulation of effects of externally applied uniform magnetic field on interaction of two bubbles in a viscous fluid column [Dissertation]. Tabriz: Sahand University of Technology; 2015. [Persian] [Link]
Hadidi A. Magnetic Effects of magnetic field on behavior of a single bubble in two‐phase flow by using a Level Set method [Dissertation]. Tehran: Tarbiat Modares University; 2011. [Persian] [Link]
Hadidi A, Ansari MR. Numerical study of bubbly two-phase flow under magnetic field effect by using a Level Set method. The 3rd International Conference on Thermal Power Plants; 2011 Oct 18-19; Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran. IEEE; 2013. [Link]
Hadidi A, Ansari MR. effects of magnetic field direction and strength on square lid-driven cavity flow. Fluid Mechanics and Aerodynamics Journal. 2013;1(2):85-98. [Persian] [Link]
Hadidi A, Eshagh Nimvari M, Ansari MR. Simulation of oblique coalescence of a pair of bubbles using Level Set method. Modares Mechanical Engineering. 2018;18(2):331-341. [Persian] [Link]
Wardana ING. Combustion characteristics of jatropha oil droplet at various oil temperatures. Fuel. 2010;89(3):659-664. [Link] [DOI:10.1016/j.fuel.2009.07.002]
Bashtovoi V, Pogirnitskaya S, Reks A. Dynamics of deformation of magnetic fluid flat drops in a homogeneous longitudinal magnetic field. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1999;201(1-3):300-302. [Link] [DOI:10.1016/S0304-8853(99)00144-4]
Bashtovoi V, Kovalev M, Reks A. Instabilities of bubbles and droplets flows in magnetic fluids. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2005;289:350-352. [Link] [DOI:10.1016/j.jmmm.2004.11.099]
Zhu GP, Nguyen NT, Ramanujan RV, Huang XY. Nonlinear deformation of a ferrofluid droplet in a uniform magnetic field. Langmuir. 2011;27(24):14834-14841. [Link] [DOI:10.1021/la203931q]
Ghaderi A, Nazari M, Kayhani MH. Numerical simulation of falling droplet under uniform magnetic field, using a hybrid lattice-Boltzmann and finite-volume method. Modares Mechanical Engineering. 2016;16(9):65-76. [Persian] [Link]
Tagawa T. Numerical simulation of two-phase flows in the presence of a magnetic field. Mathematics and Computers in Simulation. 2006;72(2-6):212-219. [Link] [DOI:10.1016/j.matcom.2006.05.040]
Zakinyan A, Tkacheva E, Dikansky Y. Dynamics of a dielectric droplet suspended in a magnetic fluid in electric and magnetic fields. Journal of Electrostatics. 2012;70(2):225-232. [Link] [DOI:10.1016/j.elstat.2012.02.001]
Hadidi A, Jalili-Vahid D. Numerical simulation of dielectric bubbles coalescence under the effects of uniform magnetic field. Theoretical and Computational Fluid Dynamics. 2016;30(3):165-184. [Link] [DOI:10.1007/s00162-015-0371-8]
Hadidi A, Jalili-Vahid D. Numerical study of the uniform magnetic field effect on the interaction of bubbles in viscous liquid column. Modares Mechanical Engineering. 2016;15(11):293-302. [Persian] [Link]
Ki H. Level set method for two-phase incompressible flows under magnetic fields. Computer Physics Communications. 2010;181(6):999-1007. [Link] [DOI:10.1016/j.cpc.2010.02.002]
Hadidi A. Effects of uniform magnetic field on the interaction of side-by-side rising bubbles in a viscous liquid. Korean Journal of Chemical Engineering. 2016;33(3):795-805. [Link] [DOI:10.1007/s11814-015-0201-0]
Xu JJ, Shi W, Lai MC. A level-set method for two-phase flows with soluble surfactant. Journal of Computational Physics. 2018;353:336-355. [Link] [DOI:10.1016/j.jcp.2017.10.019]
Yap YF, Li HY, Lou J, Pan LS, Shang Z. Numerical modeling of three-phase flow with phase change using the level-set method. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017;115(Part B):730-740. [Link] [DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.08.076]
Ansari MR, Hadidi A, Nimvari ME. Effect of a uniform magnetic field on dielectric two-phase bubbly flows using the level set method. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2012;324(23):4094-4101. [Link] [DOI:10.1016/j.jmmm.2012.07.030]
Brackbill JU, Kothe DB, Zemach C. A continuum method for modeling surface tension. Journal of Computational Physics. 1992;100(2):335-354. [Link] [DOI:10.1016/0021-9991(92)90240-Y]
Marchandise E, Geuzaine P, Chevaugeon N, Remacle JF. A stabilized finite element method using a discontinuous level set approach for the computation of bubble dynamics. Journal of Computational Physics. 2007;225(1):949-974. [Link] [DOI:10.1016/j.jcp.2007.01.005]