بررسی عددی نیروی مقاوم بر تیغه متحرک روبنده سیال بینگهام بر روی سطح افقی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشیار، گروه تبدیل و سیستم های انرژی، دانشکده مواد و مکانیک، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران

چکیده

در این پژوهش، نیروی پسای وارد بر تیغه‌ی روبنده‌ی سیال غیرنیوتنی بینگهام بررسی می‌شود. بسیاری از مواد پیرامون ما مانند انواع خاک‌ها، گل‌ولای، رسوبات، خمیرهای غذایی و پلیمرها رفتار رئولوژیکی مشابه سیالات بینگهام دارند. برای به حرکت درآوردن این سیالات باید ابتدا بر تنش تسلیم آنها غلبه کرد، ازاین‌رو استفاده از عامل صلب خارجی مانند تیغه، یکی از مؤثرترین روش‌های جابه‌جایی آنهاست. در این تحقیق، با بهره‌گیری از روش هیدرودینامیک ذرات هموار تراکم‌ناپذیر (ISPH)، جریان سیال بینگهام تحت اثر حرکت افقی اجباری تیغه‌ی قائم شبیه‌سازی شده و نیروی وارد بر تیغه برای سیالاتی با مقادیر مختلف تنش تسلیم و لزجت پلاستیک محاسبه می‌گردد. معادلات بقای جرم و ممنتوم برای سیال بینگهام به‌صورت منفصل و با الگوریتم پیش‌بین-مصحح حل شده‌اند. همچنین اثر ارتفاع اولیه سیال بر مقاومت در برابر حرکت تیغه بررسی می‌شود. نتایج نشان می‌دهد نیروی پسا تابعی از تنش تسلیم، لزجت پلاستیک و ارتفاع سیال در برابر تیغه است و افزایش هر یک از این پارامترها موجب افزایش نیروی پسا می‌گردد. شدت و سهم هر پارامتر در افزایش نیرو در ادامه تحلیل می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Wang WQ, Yan Y. Strongly coupling of partitioned fluid–solid interaction solvers using reduced-order models. Applied Mathematical Modelling. 2010 Dec 1;34(12):3817-30.
  • Fadlun EA, Verzicco R, Orlandi P, Mohd-Yusof J. Combined immersed-boundary finite-difference methods for three-dimensional complex flow simulations. Journal of computational physics. 2000 Jun 10;161(1):35-60.
  • Rafiee A, Thiagarajan KP. An SPH projection method for simulating fluid-hypoelastic structure interaction. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2009 Jul 1;198(33-36):2785-95.
  • Kajtar JB, Monaghan JJ. On the swimming of fish like bodies near free and fixed boundaries. European Journal of Mechanics-B/Fluids. 2012 May 1;33:1-3.
  • Cohen RC, Cleary PW, Mason BR. Simulations of dolphin kick swimming using smoothed particle hydrodynamics. Human movement science. 2012 Jun 1;31(3):604-19.
  • Hashemi MR, Fatehi R, Manzari MT. A modified SPH method for simulating motion of rigid bodies in Newtonian fluid flows. International Journal of Non-Linear Mechanics. 2012 Jul 1;47(6):626-38.
  • [Hashemi MR, Fatehi R, Manzari MT. SPH simulation of interacting solid bodies suspended in a shear flow of an Oldroyd-B fluid. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2011 Nov 1;166(21-22):1239-52.
  • Zhou G, Ge W, Li J. Smoothed particles as a non-Newtonian fluid: a case study in Couette flow. Chemical Engineering Science. 2010 Mar 15;65(6):2258-62.
  • Zhu H, Martys NS, Ferraris C, De Kee D. A numerical study of the flow of Bingham-like fluids in two-dimensional vane and cylinder rheometers using a smoothed particle hydrodynamics (SPH) based method. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2010 Apr 1;165(7-8):362-75.
  • Rafiee A, Manzari MT, Hosseini M. An incompressible SPH method for simulation of unsteady viscoelastic free-surface flows. International Journal of Non-Linear Mechanics. 2007 Dec 1;42(10):1210-23.
  • Jiang T, Ouyang J, Li Q, Ren J, Yang B. A corrected smoothed particle hydrodynamics method for solving transient viscoelastic fluid flows. Applied Mathematical Modelling. 2011 Aug 1;35(8):3833-53.
  • Fan XJ, Tanner RI, Zheng R. Smoothed particle hydrodynamics simulation of non-Newtonian moulding flow. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2010 Mar 1;165(5-6):219-26.
  • Sahu AK, Chhabra RP, Eswaran V. Two-dimensional laminar flow of a power-law fluid across a confined square cylinder. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2010 Jul 1;165(13-14):752-63.
  • Bouaziz M, Kessentini S, Turki S. Numerical prediction of flow and heat transfer of power-law fluids in a plane channel with a built-in heated square cylinder. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2010 Nov 1;53(23-24):5420-9.
  • Sahu AK, Chhabra RP, Eswaran V. Two-dimensional unsteady laminar flow of a power law fluid across a square cylinder. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2009 Aug 1;160(2-3):157-67.
  • Shamsoddini R, Aminizadeh N, Sefid M. An improved WCSPH method to simulate the non-Newtonian power law fluid flow induced by motion of a square cylinder. CMES-Computer Modeling in Engineering & Sciences. 2015 Mar 1;105(3):209-30.
  • Salehi F, Shamsoddini R. SPH simulation of the penetrating object in the wet soil. Geomechanics and Geoengineering. 2022 Jan 2;17(1):155-65.
  • نوربخش ا، روزبهانی ف, کوهینی ت. شبیه سازی جریان ماسه به وسیله روش هیدرودینامیک ذرات هموار با تراکم‌پذیری جزئی. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1398، د. 49، ش. 2، ص 337-346.‎
  • Lee ES, Violeau D, Laurence D, Stansby P, Moulinec C. SPHERIC Test Case 6: 2-D Incompressible flow around a moving square inside a rectangular box. " SPHERIC-Smoothed Particle Hydrodynamics European Research Interest Community".. 2007:37.
  • Shao S, Lo EY. Incompressible SPH method for simulating Newtonian and non-Newtonian flows with a free surface. Advances in water resources. 2003 Jul 1;26(7):787-800.
  • de Campos TM. Development of laboratory methodologies for the determination of viscosity and yield stress of mass-flowing soils (Doctoral dissertation, PUC-Rio).
  • Jeong SW. The viscosity of fine-grained sediments: A comparison of low-to medium-activity and high-activity clays. Engineering Geology. 2013 Feb 28;154:1-5.
  • Yun KK, Kim JB, Song CS, Hossain MS, Han S. Rheological behavior of high-performance shotcrete mixtures containing colloidal silica and silica fume using the bingham model. Materials. 2022 Jan 6;15(2):428.
مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز
دوره 56، شماره 1 - شماره پیاپی 114
در حال تکمیل
اردیبهشت 1405
صفحه 1-9

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار