مطالعه تحلیلی و آزمایشگاهی دینامیک سقوط قطرات نیوتنی در رژیم لختی با اعداد رینولدز پایین

Abstract

بررسی جریان‌های دو فازی به خصوص بررسی‌های مربوط به حرکت قطرات یک سیال در سیالی دیگر دارای کاربرد گسترده‌ای از جمله در صنایع نفت و گاز، صنایع پزشکی و داروسازی، استخراج فلزات، نیروگاه‌ها و مبدلهای حرارتی دارد. در مقاله حاضر، دینامیک یک قطره نیوتنی در حال سقوط در رژیم آرام مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور ایجاد جریان لختی از ویسکوزیته 340 سانتی پویز برای سیال بیرون استفاده شده است. در بخش آزمایشگاهی، از آب یون زدایی شده (دیونیزه)‌ و‌ گلیسیرین‌ با نسبت‌های حجمی 79:21 و 83:17 به‌ عنوان ‌فاز ‌قطره ‌استفاده ‌شده ‌است. با افزایش حجم قطره و به تبع آن افزایش نیروی لختی، شکل قطره در حال سقوط در فاز نیوتنی از حالت کروی خارج می‌شود و حفره‌ای در قسمت انتهایی آن ایجاد می‌شود. نیروهای لختی، کشش سطحی و تنش‌های هیدرودینامیکی بیشترین تأثیر را روی شکل قطره در حال سقوط دارند. با افزایش حجم قطره نیوتنی در حال سقوط، حفره انتهای قطره رشد کرده و در نتیجه نیروی درگ آن افزایش و به تبع آن سرعت حد قطره کاهش پیدا می‌کند. طبق مشاهدات آزمایشگاهی، تغییرات نسبت لزجت روی شکل قطرات تاثیر چندانی ندارد و افزایش عدد رینولدز باعث کاهش ضریب فشار قطره می‌شود. همچنین نشان داده می‌شود که نتایج آزمایشگاهی با نتایج تحلیلی مطابقت خوبی دارند.