بررسی عددی جریان سیال ویسکوالاستیک حول سیلندر
چکیده
مطالعه جریان بر روی سیلندر، از جمله مسائل کلاسیک و پایه در دینامیک سیالات محسوب می‌شود که دارای کاربردهای متنوعی در صنایع گوناگون است. تاکنون تحقیقات آزمایشگاهی و عددی بیشماری در خصوص این جریان صورت گرفته که عمده این تحقیقات در خصوص سیالات نیوتنی بوده و سهم اندکی از آنها متوجه سیالات غیرنیوتنی و بویژه سیالات ویسکوالاستیک است. هدف اصلی از پژوهش حاضر، شناخت بهتر اثرات خواص ویسکوالاستیک بر ساختار و الگوی این جریان می‌باشد. در این تحقیق، به مطالعه عددی جریان اینرسی سیال ویسکوالاستیک در عبور از روی یک سیلندر دایروی پرداخته شده است. به منظور مدلسازی این جریان، از نرمافزار منبعباز openfoam که یک جعبه ابزار دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) می‌باشد، استفاده شده است. این نرم افزار از شیوه عددی حجم محدود (fvm) برای حل معادلات با مشتقات جزئی استفاده میکند. در اینجا برای نخستین بار جهت بررسی جریان سیال ویسکوالاستیک حول سیلندر، از مدل گزیکس به عنوان معادله ساختاری سیال ویسکوالاستیک استفاده شده است. این مدل غیرخطی از توانایی برجستهای در توصیف ویسکوزیته در ناحیه توانی و همچنین اثر اختلاف تنشهای نرمال برخوردار است. بر اساس شبیه‌سازی عددی، صحت نتایج حاصل از حل عددی ارزیابی و استقلال پاسخهای عددی از شبکه بررسی شده است. در این تحقیق اثر اعداد رینولدز و وایزنبرگ و همچنین ضریب تحرک در مدل گزیکس، بر الگوی گردابه‌های فونکارمن مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده می‌شود که ازدیاد خاصیت الاستیک سیال در قالب عدد وایزنبرگ، منجر به کاهش محسوس فرکانس و دامنه نوسانات و افزایش طول ناحیه جریان برگشتی، پیش از رسیدن به عدد رینولدز بحرانی و شروع نوسانات در جریان میگردد. شایان ذکر است که این خاصیت از سیال، ناپایداری در جریان را تشدید نموده و رینولدز بحرانی را کاهش میدهد. از دیگر نوآوریهای تحقیق حاضر، بررسی اثر ضریب تحرک سیال ویسکوالاستیک بر فرکانس گردابه‌های فونکارمن می‌باشد. بررسیها نشان می دهد که افزایش این ضریب، فرکانس نوسانات در در جریان را تقویت نموده و سبب ازدیاد ناپایداری در جریان می‌شود.