مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

آنالیز حرکت و شکل سقوط خزشی قطرات غیرنیوتنی در سیال لزج

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی شاهرود
2 دانشگاه صنعتی شریف
چکیده
در این مقاله، حرکت و شکل پایای خزشی قطره غیرنیوتنی در فاز نیوتنی بصورت تحلیلی بررسی شده است. در تحقیق حاضر از مدل فوق همرفتی ماکسول برای فاز قطره و از مدل نیوتنی برای فاز محیط پیرامون آن استفاده شده است. حل تحلیلی با استفاده از روش حساب اغتشاشات صورت گرفته و عدد دبورا که نشان دهنده خاصیت الاستیک قطره است به عنوان پارامتر اغتشاشی در نظر گرفته شده است. محاسبه تحلیلی تا مرتبه دوم پارامتر اغتشاشی انجام شده و لذا برای قطراتی که از محلول‌های رقیق پلیمری ساخته شده‌اند، از دقت مناسبی برخوردار است. نتایج حاصل از این مقاله نشان می‌دهد که، شکل پایای قطره نیوتنی در حال سقوط خزشی در سیال نیوتنی دیگر، کاملاً کروی است اما قطره غیرنیوتنی به دلیل وجود خاصیت الاستیک از این موضوع پیروی نمی‌کند. به عبارت دیگر، قطره غیرنیوتنی در حال سقوط، حالت کروی خود را از دست داده و شکل پهن شده به خود می‌گیرد. با افزایش خاصیت الاستیک در قسمت بالایی قطره، یک فرورفتگی ایجاد می‌شود. نتایج حاصل شده در این پژوهش گواهی از این دارد که حل تحلیلی حاضر نسبت به تحقیقات تحلیلی پیشین دارای مطابقت بهتری با نتایج آزمایشگاهی است. هم‌چنین منشأ اثر تغییر شکل قطره نیز مورد توجه قرار گرفته و اثبات شده است که خاصیت الاستیک فاز قطره سبب ایجاد تمرکز تنش نرمال شعاعی در پشت قطره شده که این امر به ایجاد فرورفتگی در آن ناحیه منجر می شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Analysis of Motion and Shape of Non-Newtonian Falling Drops in a Viscous Liquid

نویسندگان English

Mahmood Norouzi 1
Behrooz Zare Vamerzani 1
Bahar Firoozabadi 2
1 Shahrood University of Technology
چکیده English

In this paper, steady creeping motion of non-Newtonian falling drop through a viscous fluid is investigated analytically. Here, the Upper Convected Maxwell model (UCM) is used for drop phase and Newtonian model is considered for external fluid. The perturbation technique is used to solve both exterior and interior flows and Deborah number that indicated the elastic effect is considered as the perturbation parameter. The present solution is derived up to second order of perturbation parameter so the present solution has a suitable accuracy for drops that made from dilute polymeric solutions. We found that the Newtonian drop has a spherical shape during the creeping motion but the non-Newtonian drop loses this shape and takes an oblate form. By increasing the elastic effect, a dimple at the rear end of the drop is created and developed. Here, it is shown that the present results have more agreement with experimental data than the previous analytical studies. The origin of drop deformation is also considered and it is proofed that the elastic property of drop phase creates a concentrated normal stress at the rear end of the drop that causes the dimple shape in this region.

کلیدواژه‌ها English

non-Newtonian drop
UCM model
Deborah number
perturbation technique