بررسی تجربی و عددی جریان دو فازی جامد – مایع در میکرو کانال مستقیم با مقطع مستطیلی

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

طراحی یاتاقان­­ها با ساختار هندسی متفاوت و استفاده از مواد افزودنی در کنار روانکارها از جمله راهکارهای پیشنهادی برای بهبود پایداری دینامیکی یاتاقان‌های ژورنال هیدرودینامیکی هستند. بکارگیری مدل‌های تحلیلی جدید در ارزیابی عملکرد روانکارهای نوساختار غیرنیوتنی نسبت به معادلات ناویر استوکس امری اجتناب ناپذیر می‌باشد. سیال تنش کوپل نمونه‌ای از این مدل‌هاست که در پژوهش حاضر پایداری یاتاقان‌های غیرمُدور سه لُب توسط آن بررسی شده‌‌است. به این منظور در ابتدا معادله­ی رینولدز حاکم بر روانکاری هیدرودینامیکی یاتاقان ژورنال طول محدود بر پایه مدل تنش کوپل استخراج گردیده‌‌است در ادامه با فرض مدل خطی برای اغتشاشات حرکتی مرکز روتور در قالب نوسانات سیکل محدود،. مولفه‌های فشار دینامیکی و ضرایب سختی و میرایی معادل فیلم روانکار محاسبه شده‌اند. در نهایت با بررسی همزمان معادله رینولدز و معادلات حرکت روتور، جرم بحرانی و نسبت فرکانس چرخش گردابی مرکز روتور برای تعیین حوزه­ی پایداری یاتاقان مشخص شده‌اند. نتایج از بهبود پایداری و توان میراکنندگی اغتشاشات حرکتی روتور توسط روانکار با افزایش پارامتر مشخصه تنش کوپل حکایت دارند. همچنین تاثیر تغییرات پارامتر مشخصه روانکار با افزایش میزان غیرمدوری یاتاقان‌های سه‌لُب بطور قابل توجهی افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Ai, Y., Joo, S.W., Jiang, y., Xuan, X., and Qian, s., 2009, Pressure-driven transport of particles through a converging-diverging microchannel. Biomicrofluidics 3, 022404.
[2]  Allen, T., Particle Size Measurement: Volume 2: Surface Area and Pore Size Determination. Vol. 2. 1997: Springer Science & Business Media.
[3]  Ashwood, A., Hogen, SJ Vanden, Rodarte, M.A., Kopplin, C.R., Rodríguez, D.J., Hurlburt, E.T., Shedd, T.A., A multiphase, micro-scale PIV measurement technique for liquid film velocity measurements in annular two-phase flow. International Journal of Multiphase Flow, 2015. 68: p. 27-39.
[4]  Crowe, C.T., Multiphase flow handbook. 2014: CRC press.
[5]  Fang, Z.G. and Michaelides, E.E., 2002, Interparticle forces and lift on a particle attached to a solid boundary in suspension flow, Phys. Fluids v14, pp 49-60.
[6]  Fu, X., Wang, G., and Dong, Z., Theoretical analysis and numerical computation of dilute solid/liquid two-phase pipe flow. Science in China Series E: Technological Sciences, 2001. 44(3): p. 298-308.
[7]  Hashemi, Z., Abouali, O., and Kamali, R., 2013, Thermal three-dimensional Lattice Boltzmann simulations of suspended solid particles in microchannels, International Journal of Heat and Mass Transfer 65, p 235–243.
[8]  Iglberger,  K., Thiirey, N., and Rude, U., 2008, Simulation of moving particles in 3D with the lattice Boltzmann method, Computers & Mathematics with Applications 55 ,p 1461-1468.
[9]  Khiabani, R.H. and Joshi, Y.and  Aidun, C.K., 2010, Heat transfer in microchannels with suspended solid particles: lattice-Boltzmann based computations, Journal of Heat Transfer, vol. 132, 4, p.1-9.
[10]             Kim Y.W and Yoo J.Y., 2012, Transport of solid particles in microfluidic channels, Optics and Lasers in Engineering 50, 87–98.
[11]             Kitagawa, A., Murai, Y., and Yamamoto, F., Two-way coupling of Eulerian–Lagrangian model for dispersed multiphase flows using filtering functions. International Journal of Multiphase Flow, 2001. 27(12): p. 2129-2153.
[12]             Kulshreshtha, A.K., O.N. Singh, and G.M. Wall, Pharmaceutical suspensions. From Formulation Development to Manufacturing. Springer, New York, 2010.
[13]              Lomholt, S. and Maxey, M.R., Force-coupling method for particulate two-phase flow: Stokes flow. Journal of Computational Physics, 2003. 184(2): p. 381-405.
[14]              Myung, J.S., Song, Sunjin, Ahn, Kyung Hyun, Lee, Seung Jong, Self-consistent particle simulation of model-stabilized colloidal suspensions. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 2011. 166(19): p. 1183-1189.
[15]             Ookawara, S., Higashi, R., Street, D and Ogawa, K., 2004, Feasibility study on concentration of slurry and classification of contained particles by microchannel, Chemical Engineering Journal 101, 171–178.
[16]             Razaghi, R and Saidi, M.H., 2016, Experimental Investigation of Drag and Lift Forces on Microparticles in Low Reynolds Number Poiseuille Flow in Microchannel, Journal of Dispersion Science and Technology, Volume37-issue12,P:1767-1777.
[17]             Razaghi, R and Saidi, M.H., 2015, Transportation and Settling Distribution of Microparticles in Low-Reynolds-Number Poiseuille Flow in Microchannel, Journal of Dispersion Science and Technology, Volume37-issue4,P:582-594.
[18]             Razaghi, R., Shirinzadeh, F., Zabetian, M and Aghanoorian, E., 2016, Velocity Domain and Volume Fraction Distribution of Heavy Micro-Particles in Low-Reynolds Number Flow in Microchannel, Journal of Dispersion Science and Technology. Volume0-issue ja
[19]             Wang, L.,  Guo,  Z.L., Shi, B.C., and Zheng,  C.G., 2013, Evaluation of three lattice Boltzmann models for particulate flows, Commun. Comput. Phys., 13: 1151-1172.
[20]             White, F.M., 2006, Viscous Fluid Flow, MacGraw-Hill,Third Edition, 168– 170.
[21]             Xing, Di., Yan, C., Wang, C and Sun, L., 2013, A theoretical analysis about the effect of aspect ratio on single-phase laminar flow in rectangular ducts, Progress in Nuclear Energy 65 ,1-7.
[22]              Xuan, X and Li. D., 2006, Particle motions in low-Reynolds number pressure-driven flows through converging-diverging microchannels, Micromech Microeng, 16: p62-69.
[23]              Nikoubashman, A., Likos, C.N.,  and Kahl, G., Computer Simulations of Colloidal Particles Under Flow in Microfluidic Channels, Soft Matter 9, vol. 9,pp. 2543–2770, 2013.