مطالعه عددی تأثیر شرایط مختلف جریان بر دینامیک برخورد قطرات بین دو صفحه متحرک مختلف الجهت

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بوعلی سینا ، همدان، ایران

چکیده

برخورد قطرات شکل‌پذیر در جریان بین دو صفحه متحرک مختلف الجهت (جریان برشی) به‌صورت عددی توسط حل کامل معادلات ناویر- استوکس مورد مطالعه قرار گرفته است. روش عددی به کار گرفته شده اختلاف محدود/ ردیابی جبهه می‌باشد. این روش، ترکیبی از روش‌های تسخیر و ردیابی قطره است. یک شبکه بندی مکعبی، ساکن، سازمان یافته، و جابجا شده برای سیال توده استفاده می‌شود، اما قطره با استفاده از یک شبکه مجزاء بدون سازمان، متحرک، مثلثی و یک بعد کمتر از شبکه سیال کانال دنبال می‌شود. اثرات کشش سطحی نیز از طریق اضافه کردن یک جمله منبع مناسب به معادلات حاکم به حساب آمده است. نتایج نشان داد که با بزرگتر شدن دامنه محاسباتی، قطرات بیشتر تحت تأثیر گردابه‌هایی که بر اثر واکنش متناوب از طرف دیواره‌ها ایجاد می‌شوند، قرار می‌گیرند و مسیر حرکت عبوری از روی یکدیگر به مسیر حرکت برگشتی تبدیل می‌شود. همچنین با افزایش اثرات اینرسی که ناشی از افزایش عدد رینولدز می باشد، قطرات حرکت برگشتی را در کانال بزرگتر انجام می دهند. با افزایش عدد کاپیلاری، پیش روی قطرات به سمت یکدیگر افزایش ‌می ‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Taylor G., The formation of emulsions in definable fields of flow. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character, pp. 501-523, 1934.
[2]  Unverdi S.O., Tryggvason G., A front-tracking method for viscous, incompressible, multi-fluid flows. Journal of computational physics, Vol.10, pp.25-37, 1992.
[3]  Lowenberg M., Hinch E.J., Collision of two deformable drops in shear flow. Journal of fluid mechanics ,Vol. 338, pp. 299-315, 1996.
[4]  Gudi S., Simeone M., Binary Collision of drops in simple shear flow by computer-assisted video optical microscopy. Journal of fluid mechanics ,Vol. 375, pp.1-20, 1997.
[5]  Doddi S. K., Bagchi P., Effect of inertia on hydrodynamic in teraction between two liquid capsules in simple shear flow. International Journal of Multiphase Flow, Vol. 34, pp.375-392, 2008.
[6]  Nourbakhsh A., Mortazavi S., A three-dimensional study of the motion of a drop in plane Poiseuille flow at finite Reynolds numbers. Iranian J Sci Technol Trans B Eng, Vol. 34,  pp. 179-196, 2010.
[7]  Bayareh M., Dabiri S., Ardekani A. M., Interaction between two drops ascending in a linearly stratified fluid. European Journal of Mechanics B/Fluids, Vol. 60, pp. 27–136, 2016.
[8]  Farooqi M. N., Izbassarov D., Muradog lu M., Unat D., Communication analysis and optimization of 3D front tracking method for multiphase flow simulations. The International Journal of High Performance Computing Applications, Vol. 1, pp. 14, 2017.
[9]  Razi M., Pourghasemi M., Direct numerical simulation of deformable droplets motion with uncertain physical properties in macro and micro channels. Computers and Fluids, Vol. 154, pp. 200–210, 2017.
[10]             Razizadeh M., Mortazavi S., Shahin H., Drop breakup and drop pair coalescence using front-tracking method in three dimensions. Acta Mechanica, Vol. 229, pp. 1021–1043, 2018.
[11]             Liu X., Wang C., Zhao  Y., Chen,Y.Passing-over motion during binary callision between double emulsion droplets under shear. chemical Engineering Science,Vol.183, 29, pp. 215-222, 2018.
[12]             Tryggvason G., Bunner B., Esmaeeli A., Juric D., Al-Rawahi N., Tauber W., Han J., Nas S., Jan Y.-J. A front-tracking method for the computations of multiphase flow. Journal of Computational Physics, Vol. 169, pp. 708-759, 2001.
[13]             Bayareh M., Mortazavi S., Binary collision of drops in simple shear flow at finite Reynolds numbers: Geometry and viscosity ratio effects. Advances in Engineering Software ,Vol.42, pp.604-611, 2011.
[14]             Wo¨rner M., Numerical modeling of multiphase flows in microfluidics and micro process engineering: a review of methods and applications. Microfluid Nanofluid. Vol. 12, pp. 841–886, 2012.
[15]             Chen Y., Wang C., Hydrodynamic interaction of two deformable drops in confined shear flow. Physical Reveiwe, Vol. 90, pp. 033010, 2014.