Skip to main content
SUPERVISOR
Ebrahim Shirani,Ahmad Reza Pishevar
ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد راهنما) احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Shima Mahmodi rad
شیما محمودی راد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Numerical Simulation of Unsteady Couette-Taylor Flow Periodic Oscillation of the Inner Cylinder
The flow between two concentric cylinders, while the inner cylinder is rotating at a velocity larger than a critical value and the outer cylinder is stationary, is known as the Couette Taylor flow. Under those conditions, the Taylor vortices are formed in the fluid domain as hydrodynamic instabilities. Researchers study the Couette-Taylor system as a preliminary model for obtaining information about vortex structures, descriptions of this structures such as shape, size, center, energy intensity, mass transfer, and finally investigation the transition to turbulent flow. The reason for this choice is the geometric simplicity and hydrodynamic instabilities. In this study, the radius of cylinders are R 1 =85.5 mm R 2 =100 mm and their height is 225 mm. The rotational velocity of the inner cylinder oscillates (increases from zero to a maximum value and then goes to zero again with different slopes). The slopes of the velocity oscillations for laminar case are: 0.1 rad/s 2 , 0.05 rad/s 2 , 0.010 rad/s 2 , 0.005 rad/s 2 , 0.001 rad/s 2 , 0.0005 rad/s 2 , 0.0001 rad/s 2 , 0.00005 rad/s 2 and for turbulent regime is 0.1 rad/s 2 . In this study, the numerical modeling has been accomplished using the ANSYS-FLUENT software and UDF. turbulence model is used to simulate the turbulent flow case. The vortex structures are studied in different slopes and periods in an unsteady state flow. For laminar regime, the results were validated with experimental data and less than 4% difference was found. The results show that, with decreasing the rotation slope, the vortex structures is closer to the steady state. In laminar regime, when the rotational velocity is increasing and the rotational slope is minimum, that is 0.00005 rad/s 2 , the primary critical Taylor number is 40.04% different from that of steady state and when the rotational velocity is decreasing, the difference is 7.24%, which indicates a more delay of formation of the vortices in the process of increasing the rotational velocity compared with decreasing the rotational velocity. For the turbulent regime, the critical Taylor number is different by 13.95% compared to that of steady state. Also for the rotational slopes of 0.1 rad/s 2 and 0.05 rad/s 2 , the vortices do not appear until the second period of the rotational oscillations of the inner cylinder. The reason for this phenomenon is that there is not enough time to adapt the flow to the applied changes, and the flow regime is laminar Couette flow at initial stages. Keywords: Couette-Taylor Flow, Critical Taylor Number, Slope, Oscillatory, Period
جریان بین دو استوانه هم‌مرکز درحالی‌که استوانه داخلی با سرعتی بیشتر از یک مقدار بحرانی در حال دوران و استوانه خارجی ثابت است، به‌عنوان جریان کوئت تیلور شناخته می‌شود. در این شرایط، گردابه‌های تیلور به‌صورت ناپایداری‌های هیدرودینامیکی در میدان جریان شکل می‌گیرند. محققان سیستم کوئت تیلور را به‌عنوان یک مدل اولیه جهت به دست آوردن اطلاعاتی از ساختارگردابه¬ها‌، مشخصات توصیف‌کننده‌ی این نوع ساختارها مانند شکل، اندازه، مرکز، شدت انرژی، انتقال جرم و درنهایت بررسی گذار به جریان آشفته موردمطالعه قرار می‌دهند. علت این انتخاب سادگی هندسی و ناپایداری‌های هیدرودینامیکی می‌باشد. در این پژوهش شعاع استوانه¬ها 5/85 میلی‌متر و 100 میلی‌متر و ارتفاع آن¬ها 225میلی‌متر است. سرعت استوانه‌ی داخلی نوسان می¬کند (از مقدار صفر به یک مقدار بیشینه افزایش می¬یابد و سپس دوباره با شیب¬هایی متفاوت به مقدار صفر می¬رسد). شیب¬های سرعت دورانی برای رژیم آرام rad/s2 1/0، rad/s2 05/0 ، rad/s2 01/0 ، rad/s2 005/0 ، rad/s2 001/0 ، rad/s2 0005/0 ، rad/s2 0001/0، rad/s2 00005/0 و برای رژیم آشفته rad/s2 1/0 است. در این پژوهش شبیه¬سازی عددی، توسط نرم¬افزار انسیس فلوئنت و UDFانجام شده است. مدل توربولانسی برای شبیه‌سازی جریان مغشوش استفاده شده است. ساختار گردابه¬ها در شیب¬ها و پریودهای مختلف در حالت ناپایا مطالعه شده است. در رژیم آرام نتایج با داده¬های آزمایشگاهی مورد اعتبار سنجی قرار گرفت و اختلاف کم¬تر از 4 درصد به¬دست آمد. نتایج نشان می¬دهندکه، با کاهش شیب دوران ساختار گردابه¬ها به حالت‌پایا نزدیک¬تر است. در رژیم آرام زمانی¬که سرعت دورانی در حال افزایش یافتن و ¬شیب دورانی کمترین است (rad/s2 00005/0) عدد تیلور بحرانی اولیه با حالت ‌پایا 04/40 درصد اختلاف دارد و زمانی¬که سرعت دورانی در حال کاهش یافتن است، اختلاف 24/7 درصد است که این مطلب نشان¬دهنده¬ی تاخیر بیشتر در تشکیل گردابه¬ها در روند افزایش سرعت دورانی نسبت به حالت کاهش سرعت دورانی است. برای رژیم آشفته عدد تیلور بحرانی با حالت‌پایا 95/13 درصد اختلاف دارد. همچنین در شیب¬های دورانی rad/s2 1/0 و rad/s2 05/0 تا پریود دوم نوسانات دورانی استوانه¬ی داخلی گردابه¬ها ظاهر نمی¬شوند. علت این پدیده این است که زمان کافی برای تطابق جریان با تغییرات به¬وجود آمده وجود ندارد، و رژیم جریان در مراحل اولیه کوئت چرخشی است. کلمات کلیدی: جریان کوئت تیلور، عدد تیلور بحرانی، شیب، متناوب، پریود

ارتقاء امنیت وب با وف بومی