شبیه‌سازی ناپایداری انگشتی ویسکوالاستیک در محیط متخلخل با تانسور پراکندگی ناهمسانگرد وابسته به سرعت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود ، شاهرود، ایران

3 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود ، شاهرود، ایران

چکیده

در این تحقیق، برای نخستین بار ناپایداری انگشتی لزج در جابجایی مخلوط­شدنی سیال نیوتنی بوسیله­ی سیال ویسکوالاستیک در یک محیط متخلخل ناهمسانگرد مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل­سازی سیال ویسکوالاستیک توسط معادله ساختاری اولدروید-بی صورت گرفته است. تاثیرات پراکندگی عرضی و طولی وابسته به سرعت محیط بر روی ناپایداری انگشتی با کمک آنالیز پایداری خطی و شبیه­سازی غیر­خطی بررسی شده است. نتایج آنالیز پایداری خطی نشان می­دهد که هر چه نسبت پراکندگی در جهت عمود بر جریان به جهت جریان افزایش یابد، نرخ رشد ناپایداری کاهش خواهد یافت و جریان پایدارتر می­شود. شبیه­سازی غیرخطی با کمک روش طیفی و تبدیلات هارتلی انجام شده و نتایج شامل کانتورهای غلظت، منحنی­های میانگین غلظت عرضی و طول اختلاط خواهد بود. نتایج شبیه­سازی غیرخطی نشان می­دهد که با افزایش پراکندگی محیط متخلخل در جهت جریان نسبت به جهت عمود بر آن، جریان ناپایدارتر شده و انگشتی­ها با شدت بیشتری رشد می‌کنند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Hill S., Channeling in packed columns, Chemical Engineering Science. Chemical Engineering Science, Vol. 1, No.6, pp. 247-253, 1952.
[2]  Tan C. and Homsy G., Simulation of nonlinear viscous fingering in miscible displacement. Physics of fluids, Vol. 31, No.6, pp. 1330-1338, 1988.
[3]  Zimmerman B. and Homsy G., Nonlinear viscous fingering in miscible displacement with anisotropic dispersion. Physics of Fluids A: Fluid Dynamics, Vol. 3, No.8, pp. 1859-1872, 1991.
[4]  Ghesmat K. and Azaiez J., Viscous fingering instability in porous media: effect of anisotropic velocity-dependent dispersion tensor. Transport in Porous Media, Vol. 73, No.3, pp. 297-318, 2008.
[5]  Norouzi M. and Shoghi M., A numerical study on miscible viscous fingering instability in anisotropic porous media. Physics of Fluids, Vol. 26, No.8, pp. 084102, 2014.
[6]  Nittmann J., Daccord G. and Stanley H. E., Fractal growth of viscous fingers: quantitative characterization of a fluid instability phenomenon. Nature, Vol. 314, No.6007, pp. 141-144, 1985.
[7]  Singh B. K. and Azaiez J., Numerical simulation of viscous fingering of shear‐thinning fluids. The Canadian Journal of Chemical Engineering, Vol. 79, No.6, pp. 961-967, 2001.
[8]  Azaiez J. and Singh B. K., Stability of miscible displacements of shear thinning fluids in a Hele-Shaw cell. Physics of Fluids, Vol. 14, No.5, pp. 1557-1571, 2002.
[9]  Li H., Maini B. and Azaiez J., Experimental and Numerical Analysis of the Viscous Fingering Instability of Shear‐Thinning Fluids. The Canadian Journal of Chemical Engineering, Vol. 84, No.1, pp. 52-62, 2006.
[10]             Kim M. C. and Choi C. K., Linear analysis on the stability of miscible dispersion of shear-thinning fluids in porous media. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, Vol. 166, No.21, pp. 1211-1220, 2011.
[11]              نوروزی م. و شوقی م.، شبیه سازی غیر­خطی ناپایداری انگشتی لزج سیال غیرنیوتنی در محیط متخلخل ناهمسانگرد. مجلۀ مهندسی مکانیک مدرس، د. 15، ش. 7، ص 415-425، 1394.
[12]             Shoghi M. R. and Norouzi M., Linear stability analysis and nonlinear simulation of non-Newtonian viscous fingering instability in heterogeneous porous media. Rheologica Acta, Vol. 54, No.11, pp. 973-991, 2015.
[13]             Mora S. and Manna M., From viscous fingering to elastic instabilities. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, Vol. 173, No.1, pp. 30-39, 2012.
[14]              کیهانی م. ح.، شکری ح و نوروزی م.، شبیه سازی غیر­خطی ناپایداری انگشتی سیال ویسکوالاستیک. مجلۀ مهندسی مکانیک مدرس، د. 16، ش. 8، ص 47-54، 1395.
[15]             Shokri H., Kayhani M. H. and Norouzi M., Nonlinear simulation and linear stability analysis of viscous fingering instability of viscoelastic liquids. Physics of Fluids, Vol. 29, No.1, pp. 033101:1-12, 2017.
[16]             Zhang Z., Fu C. and Tan W., Linear and nonlinear stability analyses of thermal convection for Oldroyd-B fluids in porous media heated from below. Physics of Fluids, Vol. 20, No.1, pp. 084103, 2008.
Manickam O. and Homsy G., Stability of miscible displacements in porous media with nonmonotonic viscosity profiles. Physics of Fluids A: Fluid Dynamics, Vol. 5, No.1, pp. 1356-1367, 1993.