مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه تاثیر خواص الاستیک بر روی حرکت قطره غیرنیوتنی در رژیم اینرسی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران
2 دانشگاه صنعتی شاهرود
3 دانشکده مهندسی، دانشگاه لیورپول، لیورپول، انگلستان
چکیده
در این مقاله، حرکت پایای قطره غیرنیوتنی درون یک سیال نیوتنی در اعداد رینولدز پایین به صورت 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. در طول چند دهه گذشته، مطالعاتی مربوط به ناپایداری سیالات غیرنیوتنی به ویژه مواردی که شامل سطوح آزاد میباشد، بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. این نوع از مطالعات را میتوان برای بهینه سازی فرآیندهای طراحی از جمله: صنعت نفت، فرآیندهای پزشکی، استخراج فلز، رنگها و نیروگاهها مرتبط دانست. حل تحلیلی با استفاده از روش اغتشاشات بدست میآید. بهمنظور خطیسازی معادلات حاکم بر مسئله در روش تحلیلی از اعداد بیبعد رینولدز و دبورا استفاده شده است. عدد دبورا نشان دهنده خاصیت الاستیک قطره است. با افزایش خاصیت الاستیک قطره غیرنیوتنی، نیروی درگ قطره افزایش پیدا میکند. قطره غیرنیوتنی در حال سقوط، حالت کروی خود را از دست داده و شکل پهن شده به خود میگیرد. با افزایش عدد دبورا (خاصیت الاستیک) حفره انتهای قطره افزایش پیدا کرده و در نتیجه نیروی درگ آن افزایش و به تبع آن سرعت حد قطره کاهش پیدا میکند. دلیل ایجاد حفره در قسمت انتهایی قطره، وجود نیروی لختی و تمرکز مؤلفه نرمال تنش در قسمت انتهایی قطره میباشد. برتری و نوآوری تحقیق حاضر نسبت به تحقیقات پیشین در نظر گرفتن ترم جابجایی (ترم غیرخطی) معادلات اندازه حرکت میباشد که در مطالعات پیشین به دلیل خزشی بودن جریان، این ترم صرف نظر شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Study of the effect of elastic properties on non-Newtonian drop motion in inertia regime

نویسندگان English

Amin Emamian 1
Mahmood Norouzi 2
Mahdi Davoodi 3
1 Mechanical Engineering Department, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
2 Shahrood University of Technology
3 Department of Engineering, The University of Liverpool, Liverpool, UK
چکیده English

In this paper, steady motion of non-Newtonian falling drop through a Newtonian fluid at low Reynolds number is investigated analytically. Here, the Upper Convected Maxwell model (UCM) is used for drop phase and Newtonian model is considered for external fluid. During the past few decades, studies relating to non-Newtonian instabilities especially those involving free surfaces are amongst the most striking. These types of studies can be used to optimize design processes in, for example, the petroleum and medicine related processes, metal extraction, and paint and power-plant related fields. Analytical solution is obtained using the perturbation method. Reynolds and Deborah numbers are used to linearize the equations governing the problem in analytical method. Deborah number indicates the elastic effect of drop. The drag force increases by the growth of the elastic effect of non-Newtonian Drop’s. The non-Newtonian drop loses its shape and exchanges to an oblate form. Increment in Deborah number enhances the dimple at the bottom of the drop and results in an increment in its drag force and as a consequence its terminal velocity decreases. A hole is created at the rear of the drop due to the presence of inertia force and focus of normal component of stress at the rear of the drop. The novelty of this study is to consider the convection (non-linear) term of the momentum equations which was neglected in the previous studies due to the creeping flow.

کلیدواژه‌ها English

non-Newtonian drop
Reynolds
Deborah
capillary
Perturbation method
Upper convected Maxwell model