Skip to main content
SUPERVISOR
Ebrahim Shirani,Ahmad Reza Pishevar
ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد راهنما) احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
MOHAMMAD KARAMI
محمد کرمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
: In the present study, mixing behavior in chaotic advection flow through a twisted duct has been analyzed by three different methods: secondary flow structures, Lyapunov exponent and vorticity vector. Laminar fluid flow through a twisted duct with square and rectangular cross-sections under steady, sinusoidal and pulsation flows in Fluent software is considered. The twisted duct consists of three bends and each bend is ninety degrees curved duct. The angle between the curvature planes of two successive bends is also ninty degrees. To show the chaotic behavior of the twsited duct flow, the secondary flow structures and Lyapunov exponent are studied. Based on these two criteria, the appearance of homoclinic and heteroclinic connections in the secondary flow structures and (or) the positive value of Lyapunov exponent show that the flow is chaotic. The more chaos in the flow represents mixing enhancement. Based on the secondary flow strucutures as a mixing criterion, elongation and displacement of elliptic orbits, the more variations of the secondary flow structures in the flow cycle and appearance of the homoclinic and heteroclinic connections show mixing improvement, but the numerical value of the mixing is not provided from this method. Therefore, two another methods, Lyapunov exponent and vorticity vector, are analyzed to calculate the value of mixing. Based on the method of Lyapunov exponent which shows the stretching and folding in the flow, the positive and more value of the parameter shows the mixing improvement. Based on the method of vorticity vector, which shows stretching and engulfment in the flow, the increasing of the three vector components shows mixing enhancement. The results of the three methods were the same and showed that homoclinic connections appears and becomes prominent in the secondary flow structures under the steady flow and this shows the chaos existence and mixing improvement in the flow. Also, the results presented that the mixing obtained in sinusoidal flow is lower than the steady flow. But, by combination of the steady and sinusoidal flows, mixing improves. In the pulsation flow, mixing increases with velocity component ratio(?), and the lower values of Womersley number(?) provides better mixing. Mixing increases with Reynolds number in the steady flow, whereas in the pulsation flow it has not a deterministic behavior with Reynolds number. The pulsation flow enhances the mixing over the steady flow when ??2. Also, mixing has an oscillation behavior along the duct length which is due to the coexistence of the regular and chaotic zones in the flow. In addition to the twisted duct, a chaotic micromixer has been also designed and its operating range in the steady and pulsation flows has been analyzed. Mixing behavior of the flow in the micromixer has been studied based on the three criteria: concentration distribution, Lyapunov exponent and vorticity vector. The results showed that chaotic advection enhances the mixing without significant increasing of the pressure drop, and full mixing is achieved in the steady flow when Re=50. Also, the pulsation flow enhances the mixing over the steady flow when ??2, and mixing decreases with Strouhal number and its reduction rate decreases with Strouhal number, too. Keywords: Mixing, Chaotic advection, Secondary flow structure, Lyapunov exponent, Vorticity vector, Twisted duct, Micromixer.
: در پایان نامه حاضر، رفتار اختلاط جریان آشوبناک درون یک مجرای پیچدار به سه روش مختلف (تحلیل ساختارجریان ثانویه، توان لیاپونوف و بردار گردابه) مورد بررسی قرار گرفته است. برای انجام این کار، جریان آرام درون مجرای پیچدار با دو سطح مقطع مربع و مستطیل تحت جریان های ورودی پایا، سینوسی و پالسی(ترکیبی از جریان پایا و سینوسی) در نرم افزار فلوئنت در نظر گرفته شده است. مجرای پیچدار شامل سه خم می باشد که هر خم آن یک مجرای خمیده 90 0 است و زاویه بین صفحات انحنای دو خم متوالی نیز 90 0 می باشد. برای نشان دادن رفتار آشوبناک جریان مجرای پیچدار، تغییرات ساختار جریان ثانویه و توان لیاپونوف در جریان بررسی شده اند. بر اساس دو معیار مزبور، پدیدار شدن ساختارهای هتروکلینیک و هموکلینیک در الگوهای جریان ثانویه و یا مثبت بودن مقدار توان لیاپونوف حکایت از وجود آشوب در جریان دارند. آشوب بیشتر در جریان بیان کننده بهبود اختلاط می باشد. در مطالعه ساختارهای جریان ثانویه جهت ارزیابی اختلاط، کشیدگی یا بزرگتر شدن سیکل های بیضوی، تغییرات بیشتر الگو ها در یک سیکل و ظاهر شدن ساختارهای هتروکلینیک یا هموکلینیک نشان دهنده بهبود اختلاط می باشد، اما از این معیار مقدار عددی اختلاط فراهم نمی شود. بنابراین، دو روش دیگر، توان لیاپونوف و بردار گردابه، جهت محاسبه مقدار عددی اختلاط بررسی شده است. در معیار بررسی توان لیاپونوف که نشان دهنده کشیدگی و خمیدگی در جریان است، مقدار مثبت و بالاتر پارامتر مذکور بیان کننده افزایش اختلاط در جریان می باشد. در روش بردار گردابه که مشخص کننده بلعیدگی و کشیدگی در جریان است، افزایش هم زمان سه مولفه بردار بیان کننده بهبود اختلاط در جریان می باشد.نتایج بدست آمده از هر سه روش یکسان بودند و نشان دادند که در جریان ورودی پایا با افزایش عدد رینولدز، ساختارهای هموکلینیک در الگوهای جریان ثانویه پدیدار و بزرگتر می شوند که نشان دهنده وجود آشوب و نتیجتاً بهبود اختلاط در جریان می باشد. همچنین، مشخص شد که اختلاط بدست آمده در جریان سینوسی کمتر از جریان پایا می باشد. اما با ترکیب جریان های سینوسی و پایا، اختلاط بهبود می یابد. در جریان پالسی اختلاط با نسبت مولفه سرعت (?) افزایش می یابد و جریان هایی با عدد ومرسلی کمتر اختلاط بهتری را فراهم می کنند. بر خلاف جریان پایا که اختلاط با عدد رینولدز افزایش می یابد، در جریان پالسی اختلاط با عدد رینولدز رفتار قابل پیش بینی ندارد. همچنین، زمانی که 2?? است اختلاط بدست آمده در جریان پالسی بیشتر از جریان پایا می باشد. علاوه براین در جریان آشوبناک اختلاط یک رفتار نوسانی در طول مجرا دارد که علت آن وجود هم زمان ناحیه های آشوبناک و منظم در جریان می باشد. علاوه بر مجرای پیچدار، یک میکرومخلوط کننده آشوبناک نیز طراحی و بازه کارکرد آن با جریان های ورودی پایا و پالسی بررسی شده است. این میکرومخلوط کننده شامل یک کانال پیچدار است که قسمت های آن بصورت منحنی های C شکل به یکدیگر متصل شده اند. رفتار اختلاط جریان درون میکرومخلوط کننده بر اساس سه روش مختلف(توزیع غلظت، توان لیاپونوف و بردار گردابه) بررسی شده است و نتایج نشان دادند که جریان آشوبناک بدونافزایشافتفشارچشمگیریدرمیکرومخلوط کنندهباعثافزایشهمگن سازیمی شود و اختلاط کامل در مخلوط کننده تحت جریان پایا در 50=Re بدست می آید. همچنین، زمانی که 2?? است اختلاط بدست آمده در میکرومخلوط کننده با جریان پالسی بیشتر از جریان پایا می باشد و با افزایش عدد استروهال اختلاط کاهش می یابد و این روند کاهش نیز با افزایش عدد استروهال کمتر می شود. کلمات کلیدی: اختلاط، همرفت آشوبناک، ساختار جریان ثانویه، توان لیاپونوف، بردارگردابه، مجرای پیچدار، میکرومخلوط کننده

ارتقاء امنیت وب با وف بومی