Skip to main content
SUPERVISOR
Nili ahmadabadi Mehdi,Mohamad Reza Tavakoli nejad
مهدی نیلی احمدآبادی (استاد راهنما) محمدرضا توکلی نژاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mostafa Mahmoudi
مصطفی محمودی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Study of The Effect of 90-Degree Bend Duct Curvature on Viscoelastic Flow Structure using PIV Technique and Numerical Solution
In the present research, the viscoelastic fluid flow through 90-degree bend ducts was investigated both experimentally and numerically. The flow through 90-degree bend ducts has various industrial applications such as petroleum industry, pharmacy, food industry, and microfluidics devices. The particle image velocimetry (PIV) method was utilized to visualize the formation of secondary flows inside the curved channel. Also, numerical simulations were conducted using finite volume method. In order to couple velocities and pressure fields, the PISO algorithm was used. In the present research, the effects of various Reynolds numbers and curvature ratios on the secondary flow patterns inside the 90-degree bend ducts were studied. Furthermore, the effect of these two parameters on the first and second normal stress differences was investigated. The considered curvature ratios for curved ducts were equal to 0.05, 0.066, 0.1, and 0.2 at Re=10, 20, 30, 40, 50, and 100. The results showed that eight elastic vortexes were formed in the fully-developed viscoelastic flow though a straight channel. When the viscoelastic fluid enters the curved part of channel, these eight elastic vortexes interfere with the Dean vortexes and eventually two Dean cells are formed. The presence of first and second normal stress differences in viscoelastic flows resulted in stretching the Dean vortexes. In addition, the comparison between Newtonian and viscoelastic secondary flows through curved ducts showed that the strength of secondary flows in viscoelastic flows at the considered Reynolds numbers and curvature ratios was greater than Newtonian ones. Also, according to the secondary flow patterns in viscoelastic flow, the results of numerical simulations showed the possibility of postponing the Dean instability in viscoelastic fluids. Furthermore, the numerical results demonstrated that the first and second normal stress differences were constantly increased though the curved part of channel which led to stretching the Dean vortexes toward duct walls. Keywords: Secondary flows, Viscoelastic fluid, PIV, First normal stress difference, Second normal stress difference
پژوهش پیش رو به بررسی جریان سیال ویسکوالاستیک در کانال های دارای انحناء 90 درجه بصورت عددی و آزمایشگاهی می پردازد. جریان در هندسه خم 90 درجه دارای کاربردهای بسیاری در صنایع مختلف از جمله پتروشیمی، داروسازی، صنایع غذایی و سیستم های میکروفلویدیک است. در این پژوهش از تکنیک آشکارسازی جریان PIV به منظور آشکارسازی جریان های ثانویه شکل گرفته در کانال دارای انحناء استفاده شده است. همچنین، شبیه سازی های عددی با استفاده از روش حجم محدود انجام شده اند. در حل عددی مساله از روش PISO به منظور کوپل کردن سرعت ها و فشار استفاده شده است. در این پژوهش به بررسی تاثیر عدد رینولدز و نسبت انحناء روی ساختار جریان ثانویه درکانال های دارای خم 90 درجه پرداخته شده است. همچنین تاثیر این دو پارامتر روی میدان تنش و اختلاف تنش های نرمال اول و دوم بررسی شده است. نسبت های انحناء درنظر گرفته شده در این پژوهش بصورت 05/0، 066/0، 1/0، 2/0 و در اعداد رینولدز 10، 20، 30، 40، 50، و 100 هستند. جریان کاملا توسعه¬یافته سیال ویسکوالاستیک در کانال مستقیم از خود هشت گردابه در مقطع کانال نشان می دهد. در طی مراحل اولیه جریان داخل خم 90 درجه، تا حدود زاویه 10 درجه، این هشت گردابه جریان ثانویه با گردابه¬های دین درحال تشکیل در جریان ادغام شده و در نهایت تشکیل دو سلول دین را می دهند. از طرفی خواص الاستیک سیال منجر به ایجاد اختلاف تنش های نرمال اول و دوم قوی در جریان شده که باعث کشیده شدن گردابه های دین به سمت دیواره های کانال دارای انحناء می گردد. مقایسه نتایج جریان های ثانویه برای سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی نشان داد که قدرت جریان ثانویه در سیالات ویسکوالاستیک در تمامی اعداد رینولدز و نسبت انحناهای مورد بررسی بیشتر از سیال نیوتنی است. همچنین نتایج شبیه سازی های عددی نشان داد که مطابق الگوی جریان ثانویه شکل گرفته در سیال ویسکوالاستیک، امکان به تعویق افتادن ناپایداری دین در زمانی که جریان به حالت توسعه یافته برسد، وجود دارد. نتایج شبیه سازی های عددی نشان دادند که اندازه اختلاف تنش های نرمال اول و دوم بصورت پیوسته در طول مجرای خمیده افزایش یافته و باعث نزدیک شدن سلول های دین به دیواره های کانال می گردند. کلمات کلیدی: جریان ثانویه، سیال ویسکوالاستیک، آشکارسازی PIV، اختلاف تنش نرمال اول، اختلاف تنش نرمال دوم

ارتقاء امنیت وب با وف بومی