شبیه سازی عددی جریان سیال غیرنیوتنی گذرنده ازروی سیلندر دایروی ساکن در داخل کانال

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، عضو باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد ساری، دانشگاه آزاد اسلامی، ساری، ایران

2 استاد، مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، موسسه آموزش عالی روزبهان، ساری، ایران

چکیده

در مطالعه حاضر جریان سیال غیرنیوتنی گذرنده از روی سیلندر دایروی ساکن واقع در یک کانال با استفاده از روش شبکه بولتزمن شبیه سازی شده است. رژیم جریان ناپایا و دو بعدی (100Re=) برای شاخص­های سیال غیرنیوتنی مدل توانی (8/1≤n≤4/0) و چهار نسبت انسداد 2، 4، 6 و 8 بررسی شده است. برای بررسی رفتارسیال غیرنیوتنی، مدل توانی بکار گرفته شده است. نتایج عددی حاضر با نتایج عددی و آزمایشگاهی پیشین مقایسه شده است. اثرات شاخص توانی و نسبت انسداد بر روی کانتور ورتیسیته، متوسط ضریب پسا، نوسانات ضریب برا و توزیع متوسط زمانی فشار، با جزئیات، مطالعه شده است. نتایج نشان می-دهد که طبیعت پایا یا تناوبی بودن جریان عبوری بر روی سیلندر دایروی به مقادیر شاخص توانی و نسبت انسداد وابسته می­باشد. بطور کلی، برای شاخص توانی ثابت با افزایش نسبت انسداد، متوسط ضریب پسا کاهش می­یابد. برای همه نسبت انسدادهای در نظر گرفته شده به جز 2B=، متوسط ضریب پسا با تغییر خواص سیال از سیال رقیق شونده برشی به غلیظ شونده برشی افزایش می­یابد.

کلیدواژه‌ها


[1] Prandtel L., The Magnus effect and wind powered ship, Naturwissenschaften, Vol. 13, pp. 93-108, 1925.
[2] Coutanceau M., and Menard C., Influence of rotation on the near-wake development behind an impulsively started circular cylinder, J Fluid Mech., Vol. 158, pp. 399–466, 1985.
[3] Mittal S. and Kumar, B., Flow past a rotating cylinder.  J. Fluid Mech., Vol.476, pp. 303-334, 2003.
[4] Khan W. A.,Culham J. R., and Yovanovich M. M., Fluid Flow Around and Heat Transfer From an Infinite Circular Cylinder, J. Heat Transfer,Vol. 127(7), pp. 785-790, 2005.
[5]Yoon H.S.,Seo J.H.,and Kim J.H., Laminar forced convection heat transfer around two rotating side-by-side circular cylinder, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 53, pp. 4525–4535, 2010.
[6] Zdravkovich, Flow Around Circular Cylinders, Vol. 1,2: Fundamentals, Oxford University Press, USA, 1997.
[7] Zovatto L.,andPedrizzetti G., Flow about a circular cylinder betweenparallel walls, J. Fluid Mech., Vol. 440, pp. 1-25, 2001.
[8] Chakraborty J., Verma N., and Chhabra R.P., Wall effects in flow past a circular cylinder in a plane channel: a numerical study, Chemical Engineering and Processing, Vol. 43,pp. 1529–1537, 2004.
[9] Rehimi F., Aloui F., Ben Nasrallah S., Doubliez L., and Legrand J., Experimental investigation of a confined flow downstream of a circular cylinder centred between two parallel walls, Journal of Fluids and Structures, Vol. 24, pp. 855–882, 2008.
[10] Singha S., and Sinhamahapatra K.P., Flow past a circular cylinder between parallel walls at low Reynolds numbers, journal of Ocean Engineering, Vol. 37, pp. 757–769, 2010.
[11] Sivakumar P., and Bharti R P, Chhabra R P., Effect of power-law index on critical parameters for power-law flow across an unconfined circular cylinder, Chem Eng Sci Vol. 61, pp. 6035–6046, 2006.
[12] Bharti R.P., Chhabra R., and Eswaran V.,Two-dimensional steady Poiseuille flow of power-law fluids across circular cylinder in plane confined channel: wall effects and drag coefficients, Industrial engineering chemistry research,Vol.46, pp.3820-3840,2007.
[13] Patnana V K., Bharti R P., and Chhabra R P.,Two-dimensional unsteady flow of power–law fluids over a cylinder, Chem. Eng. Sci.,Vol. 64, pp. 2978–2999, 2009.
[14] Patnana V K., Bharti R P., and Chhabra R. P., Two-dimensional unsteady forced convection heat transfer in power-law fluids from a cylinder, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 53, pp. 4152–4167, 2010
[15] Nejat A., Abdollahi V., and Vahidkhah K., Lattice Boltzmann simulation of non-Newtonian flows past confined cylinders, J. Non-Newtonian Fluid Mech.,Vol. 166, pp. 689-697, 2011
[16] Bijjam S., Dhiman A., and Gautam V., Laminar momentum and heat transfer phenomena of power-law dilatant fluids around an asymmetrically confined cylinder, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 88, pp. 110-127,2015.
[17] Artoli A. M., and Sequeira A., Mesoscopic simulations of unsteady shear-thinning flows, in: Lecture Notes in Comput. Sci., Berlin: Springer,pp. 78–85, 2006.
[18] Gabbanelli S., Drazer G., and Koplik J., Lattice Boltzmann method for non-Newtonian (Power-Law) fluids", Phys. Rev. E 72: 046312, 2005.
[19] Zhenhua C., Baochang S., Zhaoli G., and Fumei R., "Multiple-relaxation-time lattice Boltzmann model for generalized Newtonianfluid flows, J Non-Newtonian Fluid Mech.,Vol. 166, pp. 332–342, 2011.
[20] Zou Q., and He X., On pressure and velocity flow boundary conditions for the lattice Boltzmann BGK model, Phys. Fluids.,Vol. 9pp. 1591–1598, 1997.
[21] Yu D., Mei R., and Shyy W., Improved treatment of the open boundary in the methodof lattice Boltzmann equation, Prog. Comput. Fluid Dyn., Vol. 5, pp.1–11, 2005.
[22] Filippova O., and Hänel D., Grid refinement for lattice-BGK models, J.Comput. Phys., Vol. 147, pp. 219-228, 1998.
[23] Mei R., and Luo L. Sh., An accurate curved boundary treatment in the lattice Boltzmann method, J. Comput. Phys., Vol. 155,pp. 307-330., 2000.
[24] Mei R., and Yu D.,"Force evaluation in the lattice Boltzmann method involving curved geometry, Physical Review E., 65: 1/041203–14/041203, 2002.
[25] Mei R., and Shyy W., Lattice Boltzmann method for 3-D flows with curved boundary, J. Comput Phys.,Vol. 161, pp. 680-699, 2002.
[26] Nemati H., Farhadi M., Sedighi K., Pirouz M. M., and Fattahi E.,"Numerical simulation of fluid flow around two rotating side by side circular cylinders by LatticeBoltzmann method, Int  J Comput Fluid Dyn., Vol. 24 (3), pp. 83–94, 2010.