مطالعه تاثیر خواص الاستیک بر روی حرکت قطره غیرنیوتنی در رژیم اینرسی

Abstract

در این مقاله، حرکت پایای قطره غیرنیوتنی درون یک سیال نیوتنی در اعداد رینولدز پایین به صورت تحلیلی بررسی شده است. در تحقیق حاضر از مدل فوق همرفتی ماکسول برای فاز قطره و از مدل نیوتنی برای فاز محیط پیرامون آن استفاده شده است. در طول چند دهه گذشته، مطالعاتی مربوط به ناپایداری سیالات غیرنیوتنی به ویژه مواردی که شامل سطوح آزاد میباشد، بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. این نوع از مطالعات را میتوان برای بهینه سازی فرآیندهای طراحی از جمله: صنعت نفت، فرآیندهای پزشکی، استخراج فلز، رنگها و نیروگاهها مرتبط دانست. حل تحلیلی با استفاده از روش اغتشاشات بدست میآید. بهمنظور خطیسازی معادلات حاکم بر مسئله در روش تحلیلی از اعداد بیبعد رینولدز و دبورا استفاده شده است. عدد دبورا نشان دهنده خاصیت الاستیک قطره است. با افزایش خاصیت الاستیک قطره غیرنیوتنی، نیروی درگ قطره افزایش پیدا میکند. قطره غیرنیوتنی در حال سقوط، حالت کروی خود را از دست داده و شکل پهن شده به خود میگیرد. با افزایش عدد دبورا (خاصیت الاستیک) حفره انتهای قطره افزایش پیدا کرده و در نتیجه نیروی درگ آن افزایش و به تبع آن سرعت حد قطره کاهش پیدا میکند. دلیل ایجاد حفره در قسمت انتهایی قطره، وجود نیروی لختی و تمرکز مؤلفه نرمال تنش در قسمت انتهایی قطره میباشد. برتری و نوآوری تحقیق حاضر نسبت به تحقیقات پیشین در نظر گرفتن ترم جابجایی (ترم غیرخطی) معادلات اندازه حرکت میباشد که در مطالعات پیشین به دلیل خزشی بودن جریان، این ترم صرف نظر شده است.