۲۱۶۷۲پ
per
مطالعه عددی و تجربی تاثیر میدان الکتریکی بر رفتار جریان با سطح آزاد سیالات غیرنیوتنی
Numerical and Experimental Investigation on the effect of electric field on free surface flow behavior of Non-Newtonian fluids
/رویا روح اللهی
: فنی مهندسی مکانیک
، ۱۳۹۸
، افشاری
۱۶۴ص
چاپی - الکترونیکی
دکتری
مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
۱۳۹۸/۰۵/۰۹
تبریز
در کار حاضر تاثیر میدان الکتریکی بر رفتار هیدرودینامیکی فیلم ریزان جاری از روی یک سطح شیبدار مورد بررسی قرار گرفته است .با توجه به اهمیت انتقال حرارت فیلم های ریزان مایع در سیستم های خنک کاری نیروگاه های هسته ای و در عملیات مهندسی شیمی موفق شدیم با استفاده از میدان الکتریکی، بطوریکه ساختار اصلی جریان فیلم ریزان بهم نریزد و یا خواص آن تغییر نکند، رفتار موجی فیلم ریزان را تقویت نماییم که خود می تواند باعث افزایش انتقال حرارت در فیلم ریزان شود .در اینکار برای اولین بار از سیم به موازات سطح فیلم ریزان به عنوان الکترود ولتاژ بالا و صفحه قرار گرفته در دیواره سطح شیبدار به عنوان الکترود زمین استفاده شده است .مزیت این آرایش الکترود این است که مایع با الکترود ولتاژ بالا هیچ تماس فیزیکی نداشته و در نتیجه مشکلاتی از قبیل احتمال شکست عایقی مایع و تخلیه الکتریکی مرتفع شده است و می توان این آرایش را برای مایعات دی الکتریک ضعیف هم مورد استفاده قرار داد .در کار حاضر سعی شده است با انجام آزمایش های تجربی روی فیلم ریزان سیال نیوتنی و اعتبار سنجی مشخصه های آماری آن با نتایج تجربی موجود در ادبیات فن و سپس مدلسازی عددی، رفتار فیلم ریزان سیال نیوتنی و غیرنیوتنی توانی در حضور میدان الکتریکی مورد بررسی قرار گیرد .در بخش تجربی، با استفاده از نرم افزار MATLABجهت پردازش تصاویر گرفته شده توسط دوربین سرعت بالا، مشخصههای فیلم ریزان با و بدون حضور میدان الکتریکی استخراج شده اند .در بخش عددی، معادلات حاکم بر جریان ناپایا، دو بعدی و تراکم ناپذیر سطح آزاد با روش حجم محدود گسسته شده و با استفاده از کد نوشته شده به زبان فرترن حل گردیدهاند .برای شبیه سازی سطح آزاد فیلم، روش کسر حجمی سیال (VOF) به کار رفته است .برای حل همزمان سرعت و فشار از الگوریتم پیزوی ناپایا استفاده شده است و جملات دیفیوژن معادلات مومنتوم برای مدل سیال غیرنیوتنی توانی نوشته شده است تا با تغییر مقدار شاخص توانی بتوان سیال نیوتنی یا غیرنیوتنی را مورد مطالعه قرار داد .برای گسسته سازی معادلات ناویر-استوکس و لاپلاس) جهت محاسبه پتانسیل الکتریکی (از اسکیم هیبرید و برای گسسته سازی جمله زمانی از اسکیم مرتبه اول اویلر استفاده شده است .میدان الکتریکی غیریکنواخت توسط پنج جفت الکترود سیم-زمین تولید شده است که به خاطر گرادیان ناشی از ضریب نفوذپذیری دو فاز جریان به صورت نیروی دی الکتروفورتیک و فقط به سطح مشترک فیلم ریزان اعمال می شود .در بخش تجربی، از روغن ترانسفورماتور به عنوان سیال کاری اسنفاده شده است و محدوده رینولدز مورد مطالعه۱۰ (- ۱۲۰رژیم آرام و آرام-موجی (به ازای سه زاویه مختلف سطح شیبدار۱۵
In the present work, the effect of the electric field on the hydrodynamic behavior of the inclined falling film investigated. Due to the importance of heat transfer of liquid falling films in the cooling systems, such as nuclear power plants and chemical engineering operations, we succeeded in amplifying the wavy behavior on the film's interface using an electric field, resulting in an increase in the heat transfer rate in the film. The proposed electric field does not disturb the main structure of the film and the liquid properties will not change. In this work, for the first time, a wire electrode parallel to the surface of the film a plate located on the wall of the inclined wall have been used as a high voltage electrode and the ground electrode, respectively. The advantage of this electrode arrangement is that the liquid does not have any physical contact with high voltage electrode and as a result, problems such as the possibility of insulating breakdown and electrical discharge tackled. Therefore, we can apply this electrode arrangement for weak dielectric fluids. The present study has been tried to study the falling film of a Newtonian fluid experimentally and validation of its statistical characteristics with empirical results in literature and then numerical modelling, the behavior of Newtonian and Non-Newtonian power-law falling film in the presence of electric field has been investigated. In experimental section, by using MATLAB software for processing captured images by high-speed camera, the falling film characteristics have been derived in the presence of the electric field and without it. In numerical section, the equations governing unsteady, two-dimensional, and incompressible free surface flow are discretized by control volume method and they have been solved using the written code in Fortran. To simulate the free surface of the film, the volume of fluid method (VOF) has been used. The Transient-PIZO algorithm is used to solve the velocity and pressure simultaneously. The diffusion terms of momentum equations are written for the non-Newtonian fluid model so that one can study the Newtonian or non-Newtonian fluid by changing the value of the power index. The Hybrid scheme are used to discretize Navier-Stokes and Laplace equations and the time term is discretized by first order Euler scheme. The non-uniform electric field is produced by five pairs of ground-wire electrodes that due to the permittivity coefficient gradient of two phases of the flow, it is applied as a Dielectrophoretic force only to the falling film's interface
Numerical and Experimental Investigation on the effect of electric field on free surface flow behavior of Non-Newtonian fluids
روح اللهی، رویا
Rouhollahi , Roya
باهری اسلامی، سیما، استادراهنما
غرائی خسروشاهی، رضا، استادراهنما
حیرانی نوبری، محمدرضا، استادمشاور
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
