تحلیل جریان سیال غیرنیوتنی در لوله مخروطی همگرا با استفاده از مدل بینگهام

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی مکانیک، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله جریان لایه های سیال بینگهام در یک لوله مخروطی همگرا مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور معادله ساختاری سیال بینگهام برای مدلسازی رفتار سیالات دارای تنش تسلیم به کار گرفته شده است. با فرض کوچک بودن شیب لوله، گرادیان فشار در داخل لوله برای این سیال به صورت تحلیلی تعیین شده است. با توجه به وابستگی جریان سیال به تنش تسلیم، در داخل لوله ناحیه های بوجود میآید که تانسور نرخ کرنش در آن برابر با صفر است و با عنوان ناحیه پلاگ شناخته میشود. با استفاده از گرادیان فشار بدست آمده، ناحیه پلاگ در داخل لوله تعیین و سپس با حل معادلات حرکت در مختصات استوانه های و با فرض تقارن محوری توزیع سرعت در مقطع لوله در هر دو ناحیه پلاگ و خارج از ناحیه پلاگ بدست آمده است. نتایج بدست آمده در این مقاله با نتایج ازمایشگاهی موجود در سابقه علمی و نتایج حل عددی نرم افزار فلونت مقایسه شده است. مقایسه این نتایج نشان دهنده تطابق حل تحلیلی این مقاله و نتایج آزمایشگاهی موجود در سوابق علمی مربوطه است. در نهایت اثر پارامترهای مختلف مانند تنش تسلیم و شیب لوله بر روی توزیع سرعت و  ناحیه پلاگ لوله مورد بررسی قرار گرفته است

کلیدواژه‌ها


 

[1]

Fusi, L., Farina, A., and Rosso, F., "Flow of a Bingham-like Fluid in a Finite Channel of Varying Width: A Two-scale Approach", Journal of Non-newtonian Fluid Mechanics, Vols. 177-178, pp. 76-88, (2012).

[2]

Frigaarda, I., and Ryanb, D., "Flow of a Visco-plastic Fluid in a Channel of Slowly Varying Width, Journal of Non-newtonian Fluid Mechanics", Vol. 123, pp. 67-83, (2004).

[3]

Gupta, R. C., "Developing Bingham Fluid Flow in Channel", Mathematical Computer Modelling, Vol. 21, pp. 21-28, (1995).

 

[4]

Chemloul, N. S., "Analytical Study of Bingham Fluid Flow Through a Conical Tube, Mechanika", Vol. 19, pp. 665-670, (2013).

[5]

Avinash, K., Rao, J., Kumar, Y., and Sreenadh, Bingham S., "Fluid Flow through a Tapered Tube with Permeable Wall", Journal of Applied Fluid Mechanics, Vol. 6, pp. 143-148, (2013).

[6]

Kemblowski, Z., and Kiljanski, T., "Flow of Stokesian Fluids Through Conical Ducts", Chemical Engineering Journal, Vol. 9, pp. 141-151, (1975).

 

[7]

Walicki, E., and Walicka, A., "Pressure Drops in Conical Flow", Solidification of Metals and Alloys, Vol. 24, pp. 147-154, (1995).

[8]

Lipscomb, G., and Denn, M., "Flow of Bingham Fluids in Complex Geometries", Journal of Non-newtonian Fluid Mechanics, Vol. 14, pp. 337-346, (1984).

[9]

How, T., Black, R., and Annis, D., "Comparison of Pressure Losses in Steady Non-Newtonian Flow through Experimental Tapered and Cylindrical Arterial Prostheses", J. Biomed. Eng., Vol. 10, pp. 225-230, (1987).

[10]

Dorier, C., and Tichy, J., "Behavior of a Bingham-like Viscous Fluid, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics", Vol. 45, pp. 291-310, (1992).

­[11]

Oliveira, G., Rocha, L., Franco, A., and Negrao, C., "Numerical Simulation of the Start-up of Bingham Fluid Flows in Pipelines", Journal of Non-newtonian Fluid Mechanics, Vol. 165, pp. 1114-1128, (2010).

[12]

Huilgol, R., and You, Z., "Application of the Augmented Lagrangian Method to Steady Pipe Flows", Journal of Non-newtonian Fluid Mechanics, Vol. 128, pp. 126-143, (2005).

[13]

Ponalagusamyn, R., Selvi, R., and Banerjee, A.K., "Mathematical Model of Pulsatile Flow of Non-newtonian Fluid in Tubes of Varying Cross-sections and its Implications to Blood Flow", Journal of Franklin Institute, Vol. 349, pp. 1681-1698, (2012).