عنوان پایان‌نامه
تحلیل ناپایداری جریان سیال غی نیوتنی روی صفحه تخت به روش معادلات پایداری سهومی شده
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 64296
- تاریخ دفاع
- ۰۴ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- محمدحسین مرتضوی
- استاد راهنما
- وحید اصفهانیان
- چکیده
- ناپایداری هیدرودینامیکی پدیده‌ای رایج در جریان سیالات به شمار می‌رود. برخلاف سیالات نیوتنی که در مورد آنها ناپایداری معمولاً در رینولدزهای بالاتر مشاهده می‌شود (ناپایداری اینرسی)، در مورد سیالات ویسکوالاستیک این پدیده حتی در رینولدزهای پایین نیز مشاهده می‌گردد. این نوع ناپایداری به ناپایداری الاستیک موسوم است که در بسیاری از فرایندهای صنعتی دیده می‌شود. برای کنترل چنین پدیده‌هایی لازم است درک و شناخت درستی از مبحث ناپایداری وجود داشته باشد. در این تحقیق، ناپایداری جریان سیال غیرنیوتنی ویسکوالاستیک مرتبه دوم (Walters’ B) بر روی صفحه تخت مورد بررسی قرار گرفته‌است. مدل سیال مرتبه دوم همچون سیالات نیوتنی دارای ویسکوزیته ثابتی است ولی از این نظر که در دیواره‌ها تنش‌های نرمال (مخالف صفر) را به‌درستی پیش‌بینی می‌نماید، برای بررسی خواص الاستیک سیالات غیرنیوتنی در انواع جریان‌ها بسیار مناسب است. یکی از روش‌های تحلیل ناپایداری و گذرش جریان، استفاده از معادلات پایداری سهموی‌شده است. برای تحلیل پایداری ابتدا باید حل جریان آرام پایه روی صفحه تخت برای سیال مورد نظر به‌دست آید. در حل جریان پایه از تقریب لایهمرزی استفاده می‌شود و برای افزایش دقت، معادل? لایهمرزی با روش فشرد? مرتب? چهارم اویلر-مک‌لورن حل می‌گردد. بدین ترتیب حل جریان پایه به‌دست می‌آید. سپس با استفاده از معادلات پایداری سهموی‌شده، پایداری جریان مورد بررسی قرار می‌گیرد. ابتدا معادلات پایداری سهموی‌شده برحسب متغیرهای اولیه در دستگاه مختصات کارتزین منطبق بر سطح به‌دست می‌آیند. سپس معادلات حاصل با استفاده از روش فشرد? مرتب? چهارم حل می‌شوند. در این روش اثرات عدم توازی جریان پایه نیز درنظر گرفته می‌شود. برای حل عددی، یک کد کا‌مپیوتری توسعه داده شده‌است که کلی? محاسبات لازم را انجام می‌دهد. برای اثبات صحت عملکرد کد، نتایج به‌دست آ‌مده از کد حاضر برای جریان نیوتنی با مطالعات قبلی مقایسه می‌شود که تطابق خوبی دیده می‌شود. نهایتاً پایداری جریان برای سیال غیرنیوتنی مورد بررسی قرار می‌گیرد که شا‌مل تحلیل خطی ا‌مواج TS می‌باشد. کلمات کلیدی: صفحه تخت، سیال غیرنیوتنی، لایهمرزی، جریان غیرموازی، معادلات پایداری
- Abstract
- Hydrodynamic instability of fluid flow is a common phenomenon. Unlike Newtonian fluids which instability usually occurs at relatively high Reynolds (Hydrodynamic instability), viscoelastic fluids may become unstable even at lower Reynolds numbers. This type of instability is known as elastic instability which could be observed in many industrial processes. Control of such phenomena necessitates a comprehensive understanding of instability. In this study, the instability of non-Newtonian viscoelastic second-order (Walters’ B) fluid flow over a flat plate is studied. Non-Newtonian viscoelastic second-order fluids have constant viscosity, similar to Newtonian fluids. Moreover, due to correct prediction of normal stresses at walls (non-zero values), are suitable choices for assessment of elastic properties in various types of non-Newtonian fluid flows. One of the methods for analysis of instability and transition of fluid flow is the parabolized stability equations method. For stability analysis, initially, one needs the solution of laminar flow of fluid over a flat plate, as the base flow analysis in which the boundary layer assumption is considered as well as employing the fourth-order compact Euler-Maclaurin scheme to enhance the accuracy. Once the base flow is known, parabolized stability equations are used to study the flow stability. To end this, parabolized stability equations are derived in terms of primary variables of the Cartesian coordinate system and then the resulting equations are solved using a fourth-order compact finite difference scheme. In this method, the effects of non-parallel base flow is also considered to be existed. For numerical solution, a computer code is developed to perform all necessary calculations. The results of Newtonian fluid flow are compared with previous studies for validation purpose and a good agreement is observed. Finally, the stability of non-Newtonian fluid flow including the analysis of linear waves TS is examined. Keywords: Flat Plate, Non-Newtonian Fluid, Boundary Layer, Non-Parallel, Parabolized Stability Equations, Compact Method
