پیش‌بینی ضریب دراگ برای حباب در حال صعود در یک سیال غیر نیوتونی

Abstract

پارامتر حائز اهمیت در محاسبات مربوط به حرکت حباب، ضریب دراگ است. در مطالعه‌ی حاضر به صورت آزمایشگاهی ضریب دراگ حباب تک در حال صعود در سیال غیرنیوتونی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور محلول پلی آکریل آمید در آب با غلظت‌های مختلف به عنوان سیال غیرنیوتونی انتخاب شده است. این محلول سیال غیرنیوتونی با خاصیت ویسکوالاستیک است که نتایج نشان می‌دهد به شدت برروی ضریب دراگ تأثیرگذار است. آزمایشات با قطر نازل‌های مختلف، برای حباب‌های گازی هوا، اکسیژن و دی اکسید کربن و در دبی‌های تزریق مختلف انجام شده است. از این رو نتایج بدست آمده نسبت به مطالعات گذشته جامعیت بیشتری دارد. مقایسه‌ی بین نتایج بدست آمده با معادلات سایر مطالعات نشان داد که هیچکدام از این روابط نمی‌توانند ضریب دراگ حباب در حال صعود درون سیال غیرنیوتونی با خاصیت ویسکوالاستیک را به خوبی پیش‌بینی کنند. از این رو به کمک تحلیل ابعادی، دو رابطه‌ی جدید برای پیش‌بینی ضریب دراگ برحسب اعداد بدون بعد رینولدز، ارشمیدس و اتوس ارائه شده است. ضریب دراگ پیش‌بینی شده توسط معادلات موجود در توافق بسیار خوبی با داده‌های آزمایشگاهی است. معادله‌ی اول که مستقیماً از آنالیز ابعادی بدست آمده است نسبت به معادله‌ی دوم ساده‌تر بوده و متوسط درصد خطای پیش‌بینی آن26/3 % است. این درحالی است که متوسط خطای پیش‌بینی معادله‌ی ارائه‌ی دوم که از لحاظ فرمولاسیون پیچیده‌تر می‌باشد در حدود 7/1% بدست آمده است.علاوه بر آن معادلات جدیدی برای پیش بینی سرعت حد و همچنین بررسی رفتار حباب در حال صعود در سیال غیرنیوتونی ویسکوالاستیک ارائه شده است.