مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی عددی لایه‌مرزی هیدرودینامیکی و حرارتی فالکنر-اسکن سیالات ویسکوالاستیک

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی شاهرود
2 دانشگاه شاهرود
چکیده
مطالعه جریان لایه مرزی یکی از مسائل بنیادی در مکانیک سیالات بشمار می‌رود، که از دیرباز مورد توجه پژوهشگران این رشته قرار داشته است. تا کنون تحقیقات بسیار زیادی روی جریان لایه مرزی صورت گرفته است که اکثر آنها در خصوص سیالات نیوتنی بوده و سهم اندکی از آنها به سیالات غیر نیوتنی پرداخته‌اند. هدف اصلی این پژوهش شناخت بهتر اثرات خواص ویسکوالاستیک، بر مشخصه‌های لایه مرزی می‌باشد. در این تحقیق با رویکرد عددی به انتقال حرارت و لایه‌مرزی ایجادشده توسط جریان سیال ویسکوالاستیک باوجود جمله گرادیان فشار پرداخته‌شده است. در رویکرد عددی، برای شبیه‌سازی این جریان، از دینامیک سیالات محاسباتی به صورت ضمنی با استفاده از نرم افزار متلب و از مدل مرتبه دو، به عنوان مدل ساختاری سیال ویسکوالاستیک استفاده شده است. جهت اطمینان از پاسخ‌های روش عددی، استقلال نتایج از شبکه محاسباتی بررسی و همچنین پاسخ‌ها در حالت نیوتنی با حل بلازیوس و فالکنراسکن مقایسه شده‌اند. در حل عددی نشان داده شد که با افزایش اختلاف تنش‌های نرمال اول روی دیواره، ضخامت لایه مرزی هیدرودینامیکی، ضخامت مومنتوم، ضخامت جابجایی و ضخامت لایه مرزی حرارتی افزایش می‌یابد. تغییرات ضریب درگ در اختلاف تنش‌های نرمال اول گرادیان فشارهای متفاوت گزارش شده است. تاثیر تغییرات عدد پرانتل در جریان سیال ویسکوالاستیک بر مشخصه‌های لایه‌مرزی مورد مطالعه قرار گرفته است. عدد ناسلت متوسط در گرادیان فشارهای متفاوت و ضریب اختلاف تنش نرمال اول مورد ارزیابی قرار گرفته است و در نهایت در یک گرادیان فشار ثابت، با افزایش ضریب اختلاف تنش نرمال اول ناسلت متوسط در طول صفحه، کاهش می یابد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical investigation of hydrodynamic and thermal Falkner–Skan boundary layer of viscoelastic fluids

نویسندگان English

Mahmood Norouzi 1
Maryam Baou 2
Ali Jabari Moghadam 2
1 Shahrood University of Technology
چکیده English

The study of the boundary layer flow is considered as one of the fundamental issues in fluid mechanics that attracted many of the researchers’ attention in this field. The most of previous researches on boundary layer problem are limited to Newtonian fluids and a few numbers of researches are considered the non-Newtonian fluids. The main objective of this research is to better recognize of the viscoelastic properties effect on characteristics of the boundary layer. In this study, the hydrodynamic and thermal boundary layer of viscoelastic Falkner-Skan problem is investigated numerically. Here, the second order model has been used as the viscoelastic constitutive equation and analyzed with MATLAB software. Both constant temperature and constant heat flux at walls are used as thermal boundary conditions. The effect of Reynolds number, the coefficient of the first normal stress difference, Prandtl number and wedge shape factor on the thickness of dynamic and heat transfer boundary layer, momentum thickness, displacement thickness, drag coefficient and Nusselt number are studied. The effects of both adverse pressure gradient and favorable pressure gradient in heat and hydrodynamics boundary layer characteristics are investigated. The magnitude of the non-Newtonian hydrodynamic and heat boundary layer are found to increase with increasing the coefficient of the first normal stress and finally at constant pressure gradient, average Nusselt number decreases along plate by increasing first normal stress coefficient.

کلیدواژه‌ها English

Boundary Layer
Heat Transfer
Falkner-Skan
Second order fluid
Viscoelastic