مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی ناپایداری جریان نیوتنی در تبدیل تدریجی واگرای صفحه ای

نویسندگان
1 عضو هیات علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شاهرود
2 دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شاهرود
چکیده
هدف مطالعه حاضر بررسی آستانه ناپایداری جریان از حالت متقارن به نامتقارن در کانال دارای انبساط تدریجی می باشد. نسبت انبساط 1:3 و زوایای انبساط 30، 45، 60 و 90 درجه در نظر گرفته شده است. گسسسته سازی معادلات حاکم با استفاده از روش حجم محدود بر مبنای الگوریتم پیزو روی یک شبکه جابجا شده انجام شده است. بررسی دقت و صحت نتایج حل عددی بر اساس نتایج انبساط ناگهانی صورت گرفته است. در اینجا اثر زاویه انبساط و عدد رینولدز بر ناپایداری جریان در تبدیل گردابه‌ها از حالت متقارن به حالت دو گردابه نامتقارن و سپس سه گردابه، مطالعه و اعداد رینولدز بحرانی اول و دوم استخراج شده است. در هر مورد نمودارهای دو شاخه‌ای مربوط به گردابه‌ها و سرعت روی خط مرکزی کانال ترسیم و اثر ناپایداری بر روی میدان جریان بحث شده است. بر خلاف تحقیقات مشابه پیشین که همگی به مطالعه جریان در کانال‌های دارای انبساط ناگهانی (زاویه 90 درجه) پرداخته‌اند، در پژوهش حاضر ناپایداری جریان در کانال دارای انبساط تدریجی در زوایای مختلف بررسی شده که این امر مهمترین نوآوری آن به شمار می‌آید.‌
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Instability Investigation of Newtonian Flow in a Planar Gradual Expansion

چکیده English

The main object of current study is investigation of instability threshold of flow in a gradual expansion from symmetric to asymmetric situations. The expansion ratio is 1:3 and expansion angles are 30, 45, 60 and 90 degree. Discretization of governing equations is performed using finite volume method based on PISO algorithm on a staggered mesh. The CFD code is validated based on the results of sudden expansion reported in previous works. Here, the effects of expansion angle and Reynolds number on flow instability in transition from symmetric situation to two and three asymmetric vortices are investigated and the first and second critical Reynolds numbers are obtained. The bifurcation diagrams of vortices and velocity profile in centerline are plotted for each case and the effects of instability on flow field are discussed based on them. Unlike the previous studies which have been focused on the planar flow in sudden expansions, the flow instability in gradual expansions with different expansion angles is investigated which is the main innovation of current study.

کلیدواژه‌ها English

Instability
Critical Reynolds number
Expansion angle
Symmetric vortex
Asymmetric vortex