عنوان

مطالعه عددی دینامیک یک حباب کاویتاسیون در داخل یک استوانه قائم صلب

‭۷۴۶۷پ‬

per

مطالعه عددی دینامیک یک حباب کاویتاسیون در داخل یک استوانه قائم صلب

/علیرضااسلامیان

: دانشکده :فنی

چاپی

فاقد اطلاعات کامل

کارشناسی ارشد

رشته :مکانیک

‮‭۱۳۸۵/۰۹/۰۴‬

دانشگاه :تبریز

حباب های کاویتاسیون آن دسته از حباب های پر انرژی هستند که یا توسط یک منبع خارجی به عنوان مثال پرتو های لیزر در سیال القاء می شوند و یا در اثر تنش های هیدرولیکی در نقاطی از جریان که فشار به مقداری کمتر از فشار بخار اشباع سیال تنزل یافته، ظاهر می شوند .این حباب ها در نگاه نخست مضر به نظر می رسند، چون موجب تولید ارتعاش و سر و صدا در ماشین های هیدرولیکی شده و باعث افت راندمان در آنها می شوند .ولی کاربرد وسیع این حباب ها در شاخه های مختلف پزشکی، حفاظت اکولوژیک و بسیاری دیگر، گویای جنبه های کاربردی و مثبت آنها می باشد .به دلیل اهمیت حذف و یا کاهش حباب ها برای بهبود عملکرد ماشین های هیدرولیکی و همچنین به منظور گسترش جنبه های کاربردی این حباب ها، ناگزیر از شناخت رفتارشان هستیم .از آنجایی که تولید و فروپاشی این حباب ها در کسر بسیار کوچکی از زمان انجام می گیرد، بررسی تجربی این پدیده، مشکل و در برخی موارد غیر ممکن است .در این پروژه با استفاده از روش انتگرال مرزی، به عنوان رهیافت عددی، رفتار دینامیکی یک حباب کاویتاسیون در داخل یک استوانه صلب قائم که به عنوان کاربرد صنعتی، می تواند مدل ساده ای از لوله های مبادله کن های گرمائی و به عنوان کاربرد پزشکی مدل فرضی ساده ای از یک رگ باشد، بررسی شده است .فرض می شود که جریان، غیر لزج، غیر چرخشی و تراکم ناپذیر است .از کشش سطحی نیز صرفنظر می شود .با این فرضیات مسئله به حل معادله لاپلاس در داخل ناحیه منتهی می شود .با داشتن مقادیر پتانسیل بر روی سطح حباب از رابطه ناپایای برنولی و مشتق عمود بر روی جدار صلب که به دلیل فرض صلبیت جدار، برابر با صفر خواهد بود، می توان پتانسیل سرعت بر روی جدار و مشتق عمود پتانسیل سرعت بر روی سطح حباب را یافت .مسئله برای سیلندرهایی با اقطار مختلف برای حالت های با شناوری و بدون شناوری و همچنین برای حالت هایی که روی دیواره سیلندر حلقه رسوب وجود داشته باشد حل شده است .در حالت کلی عمر حباب شامل دو مرحله رشد و فروپاشی می باشد .در غیاب نیروهای شناوری، حباب هم نسبت به محور و هم نسبت به محور ، به صورت متقارن رشد می کند تا به حداکثر حجم خود برسد .از این زمان به بعد، دو جت سیال در قسمت فوقانی و تحتانی حباب تشکیل می شود این دو جت به سمت داخل حباب نفوذ کرده و در انتهای فاز فروپاشی به هم می رسند .در حضور نیروهای شناوری حباب نسبت به محور متقارن بوده ولی نسبت به محور به صورت نامتقارن رشد می کند .چون نیروهای شناوری به صورت نیروی معاند در برابر رشد قسمت پایین حباب و به صورت نیروی موافق با رشد قسمت فوقانی حباب می باشند .در مقابل در فاز فروپاشی نیروهای شناوری موجب سرعت گرفتن رشد جت تحتانی و از سوی دیگر کند شدن رشد جت فوقانی می شوند .در ادامه، عمر، فشار داخلی، حجم نسبی، سرعت جت سیال و موقعیت مرکز حباب به صورت تابعی از زمان بی بعد به ازای مقادیر مختلف رسوب، مقادیر مختلف نسبت قطر استوانه به شعاع بیشینه حباب و همچنین مقادیر مختلف نیروی شناوری ارائه شده است .همچنین توزیع فشار بر روی جدار داخلی استوانه در راستای محور به صورت تابعی از ارتفاع برای هر مورد به دست آمده است .این نتایج در پایان با هم مقایسه شده اند

‮‭Cavitation bubbles are some kinds of energetic bubbles that could be generated by an external source of concentrated energy such as laser beams in some spots of flow or be borne because of hydraulic tensions on the fluid flow where the pressure falls below the fluid saturation pressure. In first site these bubbles seem to be harmful as cause so many damages, noises and efficiency losses on turbo machines. But as it's seen they are in fact very useful tools in medical operations and so many other similar fields Even it's required to get ride of the harmful effects of these bubbles or to use them in medical fields for instance; we have to become familiar with their behaviors within the growth and collapse phases of their life. But problem rises when it's found that these two phases incident in such a short fraction of time that it's really difficult if not be impossible in some cases to capture them by common empirical methods.In this project the dynamic behavior of a single cavitation bubble inside a rigid vertical cylinder as an imaginary model for a riser on a heat exchanger or human heart's vessel have been investigated by the BEM (Boundary Element Method) as a numerical approach.It is assumed that the surface tensions are negligible and the fluid flow is inviscid, noncircular and incompressible.Implementation of these assumptions leads to accept the existence of potential flow on the domain.By considering this fact that the normal derivative of the potential on the surface of the rigid cylinder vanishes due to its rigidity and also imposing the potential on the surface of the bubble from Bernoulli's unsteady equation, the problem will be simplified to solution of a Lap lace equation with so called boundary conditions.The solution of this equation will give the potential on the surface of the rigid cylinder and normal derivative of the potential on the surface of the bubble.The behavior of the bubbles in the presence and absence of buoyancy forces for bared cylinders with different diameters and ones include deposit ribs, have been investigated.It's observed that the bubbles generally experiment tow main phases of growth and collapse at all of these cases.In the absence of buoyancy forces, the bubble grows symmetrically with respect to both r and z axes until reaches its maximum volume. From this time afterward, two liquid jets are formed on the top and bottom of the bubble. These jets penetrate inward the bubble until reach each other at the end of the collapse phase. In the presence of buoyancy forces, the growth phase of the bubble is not symmetric with respect to r axis since buoyancy forces play as an annoying force against the expansion of bubble's lower half and as a motivating force on the propagation of its upper part.Reversely in the collapse phase, these forces will have a positive impact in accelerating the progress of upward liquid jet that incepts from the bubble's bottom point and a negative effect on the growth of downward liquid jet initiated from top point of the bubble.Finally the influence of the thickness of the deposit ribs, ratio of cylinder diameter to maximum radius of the bubble and changes of buoyancy intension on the lifetime of bubble, bubble's internal pressure, bubble's volume, bubble's centroid displacement, bubble's liquid jet intensity and direction with respect to nondimensional time and also pressure distribution in the z axis direction on the surface of the rigid wall have been compared and discussed‬

اسلامیان، علیرضا

محمد تقی شروانی تبار، استاد راهنما

اسماعیل اسماعیل زاده، استاد مشاور

نمایه‌سازی قبلی