عنوان پایان‌نامه
بررسی عددی ناپایداری سانتریفوز در میکرو کانالی از نوع خمیده با سطح مقطع مستطیلی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1963;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 49527
- تاریخ دفاع
- ۲۳ شهریور ۱۳۹۰
- دانشجو
- علی صالحی شبستری
- استاد راهنما
- کیوان صادقی
- چکیده
- هدف از انجام پروژه پیش رو، بررسی عددی ناپایداری سانتریفوژ در میکروکانالی از نوع خمیده با سطح مقطع مستطیلی است. این پروژه از 8 بخش اصلی مقدمه، روش های مطالعه دینامیک سیالات، جریان در میکروکانال خمیده، روش شبکه ای بولتزمن، مدل سیال، هندسه مسئله و روش حل، نتایج عددی و تحلیل آن ها و نتیجه گیری نهایی و پیشنهاد هایی برای ادامه کار تشکیل شده و شامل شرح مدل شبکه ای بولتزمن به عنوان یک مدل مناسب و کارا در حل مسائل هیدرودینامیکی، معرفی سیال پینیو برای شبیه سازی رفتار های غیر نیوتنی محلول های پلیمری و همچنین حل جریان در میکروکانال خمیده با سطح مقطع مستطیلی با مدل شبکه ای D3Q27 و بررسی اثر تغییر نسبت منظر و نیز اثرات خواص غیر نیوتنی سیال پینیو بر ساختار جریان و ناپایداری آن می باشد. به منظور انجام محاسبات این پروژه، از نرم افزار Fortran برای کد نویسی استفاده شد که نتایج حاصله، ناپایداری دین و تغییر الگوی جریان از یک جفت گردابه به دو جفت گردابه در مقطع کانال را به خوبی نمایش می دهد. بر اساس نتایج به دست آمده، رفتار های کرنش ـ سختی و برش ـ سختی در سیالات غیر نیوتنی و نیز افزایش نسبت منظر (نسبت ارتفاع به عرض) سطح مقطع میکروکانال باعث رشد گردابه های جریان ثانویه شده و وقوع ناپایداری را تسهیل می کنند و بالعکس رفتار های کرنش ـ نرمی و برش ـ نرمی و نیز کاهش نسبت منظر سطح مقطع میکروکانال، جریان ثانویه را سرکوب کرده و پایداری جریان را افزایش می دهد. لازم به ذکر است که نتایج روش شبکه ای بولتزمن برای سیال نیوتنی با نتایج به دست آمده از طریق روش های محاسباتی دیگر در پژوهش های مشابه مطابقت دارند.
- Abstract
- In the present work, centrifugal instabilities in a curved rectangular microchannel are simulated numerically. This project is divided into 8 chapters containing abstract, methods of fluid dynamics study, flow in curved microchannel, lattice Boltzmann method, fluid model, problem geometry and method of solution, results and discussion, and conclusion. In these chapters, lattice Boltzmann model is described as an efficient model to simulate hydrodynamic problems and Pinho’s fluid is introduced to model the non-Newtonian behavior of polymeric solutions. A three dimensional 27-velocities (D3Q27) incompressible lattice Boltzmann model is applied to simulate the effect of aspect ratio of the channel’s cross-section and also the effect of non-Newtonian behavior of Pinho’s fluid on the curved duct flow and instability. A FORTRAN code is developed to solve the problem. According to the results, the Dean instability and transition of flow pattern from single-pair vortex to double-pair vortex in the duct for Newtonian and non-Newtonian fluid is fully investigated. Also it is found that strain-hardening and shear thickening behavior of fluid strongly affects the vortex structure inside the curved duct. They both make the side wall vortices become larger in size causing the Dean instability to occur earlier (i.e. at lower Dean numbers.). It is shown that increasing the aspect ratio also makes the secondary flow form earlier. The results of LBM presented in this work are in good agreement with analytical results for a straight duct, and other numerical results presented in similar works for Newtonian fluids.
