Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmud Ashrafizadeh,Seyed saeed Mortazavi
محمود اشرفی زاده (استاد راهنما) سیدسعید مرتضوی راوری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Morteza Esmailpour
مرتضی اسماعیل پور

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
Analysis of non-Newtonian fluids displacement by Newtonian fluids is one of the most important issues in mechanical engineering because of its economical importance and broad application in the oil and gas industry, drilling, petrochemical and meteorological phenomena. Numerical simulation of this problem will be very difficult if fluids in solution domain are considered immiscible; because there is complex dynamics at the interface of them. In recent years, few studies have concentrated on CFD methods for the modeling of this type of displacement. These researches have not provided accurate and comprehensive results due to significant simplifications and considerable limitations. According to said reasons and because of special features of the lattice Boltzmann method, such as automatic separation of phases, less computational burden, easier coding, local computation of shear rate etc., this method is used for this research. based on lattice Boltzmann method, there are several multi-phase models that generally are categorized in three groups, named the free energy, the Shan-Chen and the color gradient. The simulations in this study are done by means of a developed procedure of Shan-Chen model which is named the He-Chen model. to evaluate the accuracy of numerical results the Laplace, the turning square bubbles to circular ones, the droplets sticking, the Rayleigh-Taylor instability, the Kelvin-Helmholtz instability and the automatic separation of phases tests are used. Introducing six models of non-Newtonian viscosity structure (the Bingham, the Herschel bulky, the Carreau, the Carreau-Yasuda, the cross and the power law) and by using the He-Chen model of multicomponent lattice Boltzmann method, displacement of non-Newtonian fluids by Newtonian ones is simulated and the results are shown trough eleven types of figures. These figures show the type of injected fluid movement in the secondary fluid and displacement efficiencies according to various definitions which have been presented for them. Finally it is found that the parameters in viscosity determination function can have considerable effects on the nature of flow by creating slimy resisting force against invading fluid movement. Keywords: Lattice Boltzmann method, multicomponent flow, He-Chen model, Newtonian displacement flow, non-Newtonian displacement flow
تحلیل جابجایی سیالات نیوتنی و غیر نیوتنی به‌وسیله‌ی سیالات دیگر ، به دلیل اهمیت اقتصادی و کاربرد وسیع در صنایع نفت و گاز، حفاری، پتروشیمی و پدیده‌های هواشناسی یکی‌ از مسائل پر اهمیت در مکانیک سیالات است. شبیه سازی عددی مسئله ی فوق، زمانی‌ که سیالات به کار گرفته شده غیر قابل امتزاج در نظر گرفته شوند، به دلیل ایجاد دینامیک پیچیده در سطح تماس آن ها، بسیار دشوار است. در سال‌های اخیر مطالعات نه چندان گسترده ای با استفاده از روش‌های دینامیک سیالات محاسباتی در رابطه با مدل سازی این نوع از جابجایی ها صورت پذیرفته است که به دلیل در نظر گرفتن ساده سازی‌های قابل توجه و محدودیت‌های موجود، نتایج جامع و دقیقی‌ را ارائه نداده اند. در این میان روش شبکه ی بولتزمن با توجه به قابلیت های ویژه ای مانند جدایی خودکار فازها، حجم محاسباتی کمتر، کد نویسی آسان تر، محاسبه ی محلی نرخ برش و... برای پژوهش حاضر مورد استفاده قرار گرفته است. مدل‌های چند فازی متعددی بر پایه ی روش شبکه ی بولتزمن برای شبیه سازی جریان‌های چند جزئی وجود دارند که تمامی‌ آن‌ها به سه دسته ی کلی‌ گرادیان رنگ، انرژی آزاد و شان-چن تقسیم می شوند. شبیه سازی‌های موجود در این پژوهش با استفاده از مدل توسعه یافته ای از روش شان-چن، به نام هی-چن انجام شده است. به‌منظور ارزیابی صحت برنامه ی عددی نوشته شده بر پایه ی این مدل از آزمونه‌های لاپلاس، تبدیل حباب مربعی به دایره ای، چسبند‌گی قطرات، ناپایداری رایلی-تیلور، ناپایداری کلوین-هلمهولتز و جدایی خودکار فازها استفاده شده است. در شبیه سازی جابجایی سیالات نیوتنی به‌وسیله‌ی سیالات دیگر، اثرات زاویه ی شیب کانال و شش عدد بی‌بعد رینولدز، ریچاردسون، آتوود، کپیلاری و نسبت لزجت، با معرفی‌ یازده نمودار مختلف مورد بررسی‌ قرار گرفته اند. این نمودارها برای نشان دادن نوع حرکت سیال تزریق شده در سیال ثانویه و بازدهی جریان بنا بر تعاریف گوناگون ارائه شده اند. در پایان با توجه به عدم وجود تحقیقات جامع عددی در رابطه با جابجایی سیالات غیر نیوتنی، با معرفی‌ شش مدل بینگهام، هرشل- بالکی، کراس، قانون توانی ‌، کاریو و کاریو-یاسودا برای سیال جابجا شونده، به بررسی‌ جابجایی این نوع از سیالات پرداخته شده است. نتایج شبیه‌سازی‌های انجام شده نشان داده اند که پارامترهای موجود در ضابطه ی تعیین لزجت این نوع از سیالات می توانند با ایجاد نیروی مقاوم لزجی در برابر حرکت سیال جابجا کننده، اثرات قابل توجهی‌ بر ماهیت جریان داشته باشند. کلمات کلیدی : روش شبکه ی بولتزمن، جریان چند جزئی، مدل هی-چن، جابجایی سیالات غیر نیوتنی، جابجایی سیالات نیوتنی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی