Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Reza Pishevar,Ebrahim Shirani
احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور) ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ramin Nasehi
رامین ناصحی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Analysis of a Thin Film Flow of Non-Newtonian Fluid on a Surface
: بررسی فیلم سیال به دلیل کاربردهای فراوان آن در علوم بیوفیزیک، فیزیک و مهندسی و همچنین پدیده های طبیعی جالب توجه از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده است. این مبحث می تواند سیالات رایج مانند آب و روغن و مواد پیچیده تر نظیر پلیمر ها و مواد مذاب و همچنین مخلوط فازهای متفاوت را در بر گیرد. وقتی فیلم سیال تحت تاثیر شرایط مختلف مکانیکی و حرارتی واقع می شود پدیده های جالب توجهی را به نمایش می گذارد که از آن جمله می توان به انتشار امواج [1] ، رشد امواج [2] ، انگشتی شکل شدن [3] و پراکنده شدن [4] امواج اشاره نمود. از کاربردهای صنعتی این مبحث نیز می توان صنایع شیشه و آینه سازی و صنایع اپتیک و لیزر را نام برد. دیگر کاربردهای این بحث در مباحث روانکاری و چسب می باشد. در این پایان نامه با در نظر گرفتن سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی به بحث و بررسی برروی فیلم نازک سیال پرداخته شده است. در ابتدا با ساده سازی معادلات مومنتم و پیوستگی و استفاده از شرایط مرزی مناسب، رابطه ای برای تکامل سطح مشترک سیال در طول زمان ارائه شده است. این رابطه که با فرض نازک بودن فیلم سیال بدست آمده است، قابلیت پیش بینی رفتار لایه ی نازک سیال را تحت تاثیر نیروهای مختلف دارد. در بدست آوردن این رابطه، از مدل پاورلا برای مدلسازی رفتار سیال غیرنیوتنی استفاده شده است. بعد از آن از این رابطه استفاده شده و تغییرات سطح مشترک برای حالتی که یک اغتشاش پریودیک بر روی سطح سیال اعمال شود، در حضور نیروی وزن و کشش سطحی ثابت مورد بررسی قرار گرفته و رفتار سیال نیوتنی و غیرنیوتنی با هم مقایسه شده است. سپس به بررسی پدیده ی جالب توجه ناپایداری ریلی- تیلور پرداخته شده است. در این قسمت نیز رفتار سیال نیوتنی و غیرنیوتنی در شرایط مختلف و به ازای اعداد باند متفاوت با هم مقایسه شده است و نتایج نشان داده است که تکامل سطح آزاد سیالات شبه پلاستیک با سیالات نیوتنی و دیلاتنت متفاوت است. همچنین اثر طول موج اغتشاش بر تکامل سطح آزاد مورد بررسی قرار گرفته است. کلمات کلیدی: فیلم نازک سیال، سیال نیوتنی، سیال غیرنیوتنی، ناپایداری ریلی- تیلور، مدل پاورلا 1 Wave Propagation 2 Wave Steepening 3 Fingering 4 Spreeding
Evaluation of thin liquid films due to its many applications in biophysics, physics and engineering, as well as interesting natural phenomenon has great importance. These contents could include common liquids such as water and oil or more complex materials such as polymer solutions or melts, and the mixture of different phases. Subjected films to the various mechanical and thermal factors show interesting phenomena such as wave propagation, wave steepening, fingering and spreading. From industrial point of view, this subject is applicable in the process of slivering, optical coating, lubricating and adhesive. In this thesis, thin liquid films have been studied considering Newtonian and non- Newtonian liquids. In order to model the rheology of non-Newtonian fluid, power-law model has been used. At first, assuming long-wave approximation, we simplified the momentum and continuity equations for thin liquid films. Then, considering appropriate boundary conditions, we solved system of equations in order to derive the evolution equation of thin liquid film for power-law non-Newtonian liquids. This evolution equation is a highly nonlinear equation which is derived in three- and two-dimensional forms. After that, considering the simplest case in which the film is supported from below by a solid surface and subjected to the influence of gravity and constant surface tension, evolution of thin films are investigated. In this section, the stability properties of a uniform film perturbing by a small periodic disturbance have studied. Then using a numerical method, we solved the evolution equation of thin film of power-law non-Newtonian liquids and the results are compared with Newtonian liquids for different Bond number. It is shown that the weakness of power-law model in low and high rate of strain affects the result in this case. Furthermore, the results show that the evolution speed strongly depends on the fluid’s rheology. Rayleigh-Taylor instability is another subject that is studied in this work. This interesting phenomena in which gravity force acts a source of instability in the liquid films’ motions, is investigated with solving the evolution equation numerically for different Bond number. In this section, behaviors of pseudoplastic, dilatant and Newtonian fluids have compered and the results show that the evolution of free surface for pseudoplastic fluids is different from Newtonian and dilatant fluids. Also, the effect of wavelength of initial disturbance on the evolution of thin liquid films is investigated. Key words Thin liquid film, Newtonian fluid, non-Newtonian fluid, Rayleigh-Taylor instability, Power-law model

ارتقاء امنیت وب با وف بومی