بررسی عددی پرش هیدرولیکی دایروی در سیال غیرنیوتنی با روش اصلاح شده VOF

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

3 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

هنگامی که جت عمودی سیال به یک صفحه افقی برخورد می­کند، مایع بصورت شعاعی روی صفحه پخش می­گردد تا اینکه در یک شعاع خاص، جریان فوق­بحرانی به جریان زیر­بحرانی تبدیل می­شود؛ و پدیده پرش هیدرولیکی دایروی رخ می­دهد. در مطالعه حاضر، این پدیده برای اولین بار با استفاده از نرم افزار اوپن­فوم و روش اصلاح شده (VOF) شبیه­سازی شد. تاثیر دبی جرمی و ارتفاع پایین دست بر شعاع پرش برای سیال نیوتنی (آب) و سیال غیر­نیوتنی (هرشل- بالکلی) از نظر کمی و کیفی مقایسه گردید؛ اعتبارسنجی نتایج شبیه سازی با استفاده از داده­های آزمایشگاهی و نظریه اصلاح شده واتسون و حل تقریبی بور انجام گرفت. نتایج نشان می­دهد که پرش­های ایجاد شده در سیال هرشل-بالکلی در مقایسه با آب شعاع کمتری دارد و نسبت به تغییرات دبی و ارتفاع پایین دست حساسیت کمتری نشان می­دهد. تغییرات شعاع پرش در سیال هرشل-بالکلی با افزایش دبی و ارتفاع پایین دست کاهش می­یابد.

کلیدواژه‌ها


 [1] Avedisian C. T., Zhao Z, The circular hydraulic jump in low gravity, Proceedings of the Royal Society of London A:Mathematical, Physical and Engineering Sciences, Vol. 456, No. 2001, pp. 2127-2151,2000.                       
[2] Rayleigh L., On the theory of long waves and bores, Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character, vol.90, No.619, pp.324-328, 1914.                     
[3] Birkhoff G., Zarantonello E., Jets Wakes and Cavities, Academic, New York, 1957.                                          
[4] Watson E.J., The Radial Spread of a Liquid Jet over a Horizontal Plane. J. Fluid Mech. Vol. 20, pp. 481–499, 1964.
[5] Bush J.W.M., Aristoff J.M., The Influence of Surface Tension on the Circular Hydraulic Jumps, J. Fluid Mech.,Vol. 489, pp. 229–238,2003.                                                
[6] Bush J.W.M., Aristoff J.M., An Experimental Investigation of the Stability of the Circular Hydraulic Jump, J. Fluid Mech., Vol. 558, pp. 33-52,2006.              
 [7] Gradeck M., Kouachi,A. Dani A., Arnoult D., Borean J., Experimental and Numerical Study of the Hydraulic Jump of an Impinging Jet on a Moving Surface, Exp. Therm. Fluid Sci.,Vol. 30,pp. 193–201,2006.                                     
 [8] Ray A., Bhattacharjee J., Standing and Traveling Waves in the Shallow-Water Circular Hydraulic Jump, Phys. Letters A,Vol. 371,pp. 241–248, 2007.                            
 [9] Mikielewicz J., Mikielewicz D., A Simple Dissipation Model of Circular Hydraulic Jump, Heat and Mass Transfer, Vol. 52,pp. 17-21,2008.                                     
[10] Passandideh-Fard M., Teymourtash A.R., Khavari M., Numerical Study of Circular Hydraulic Jump Using Volume-of-Fluid Method, Journal of Fluids Engineering, Vol. 133, pp.1-11,2011.                                                   
 [11] Teymourtash A.R., Mokhlesi M., Experimental investigation of stationary and rotational structures in non-circular hydraulic jumps, Journal of Fluid Mechanics, Vol. 762,pp.344-360,2015.                                                      
 [12] Weller H., Derivation modeling and solution of the conditionally averaged two-phase flow equations, Technical Report TR/HGW/02, Nabla Ltd, 2002.                                   
 [13] Brackbill J. U., A continuum method for modeling surface tension, J. Comput. Phys,Vol. 100,pp. 335-354,1992.
 [14] Errico M., A Study of the Interaction of Liquid Jets with Solid Surface, Ph.D. Thesis, University of California, San Diego, CA, 1986.                                                      
 [15] Bohr T., Dimon P., Putkaradze V., Shallow-water approach to the circular hydraulic jump. Journal of Fluid Mechanics, Vol.254, pp. 635-648, 1993. 
[16] Arakeri J. H., Rao K. A., On radial film flow on a horizontal surface and the circular hydraulic jump. Journal of the Indian Institute of Science, vol.76, No.1, pp.73, 2013.
[17] Rojas N., Argentina M., Tirapegui E. A progressive correction to the circular hydraulic jump scaling. Physics of Fluids, vol.25, No.4, pp. 042105, 2013.
[18] Vishwanath K. P., Dasgupta Ratul, Govindarajan Rama, Sreenivas K. R., The effect of initial momentum flux on the circular hydraulic jump, Journal of Fluids Engineering, vol.137, No. 6, pp.061301,2015.