عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی عددی مذاب پلیمری حاوی فیبر های انعطاف پذیر در فرآیند قالب گیری تزریقی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3569;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 80334;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3569;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 80334
- تاریخ دفاع
- ۲۸ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- نوید پیرزای خبازی
- استاد راهنما
- کیوان صادقی
- چکیده
- بااستفاده از شبیه‌سازی عددی مستقیم، مسائل مختلفی در رابطه با برهمکنش‌های سیال-جامد از جمله جریان سیالات ویسکوپلاستیک در پمپ‌های پریستالتیک (موجی)، انتقال ذرات شناور در سیالات ویسکوپلاستیک با استفاده از پمپ‌های پریستالتیک، افتادن تعداد زیاد ذرات در سیالات دارای تنش تسلیم، افتادن ذرات در سیالات دارای تنش تسلیم تحت ارتعاش دیواره‌ها، و پرشدن قالب توسط کامپوزیت مذاب حاوی فیبرهای انعطاف‌پذیر را مورد بررسی قرار داده‌ایم. انتقال سیالات ویسکوپلاستیک و ذرات جامد شناور در سیال، با استفاده از پمپ‌های پریستالتیک، بدون محدودیت در اعداد رینولدز، بینگهام، و عدد موج در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته است. بر خلاف تحقیقات گذشته، نتایج ما نشان می‌دهد که افزایش عدد رینولدز می‌تواند باعث افزایش سرعت انتقال ذرات شود. دریافتیم که تنش تسلیم همواره اثری کاهنده بر سرعت انتقال ذرات در پمپ‌های پریستالتیک ندارد؛ بلکه رژیم‌هایی وجود دارد که تنش تسلیم می‌تواند باعث افزایش سرعت انتقال ذرات شود. در این تحقیق به عدد موج بحرانی دست یافتیم که تنش تسلیم سیال در اعداد موج بزرگتر از مقدار بحرانی، نقشی افزاینده در انتقال ذرات دارد. در بررسی انتقال یک ذره در حرکت موجی، مشخص شد که ذره در هر حالتی تمایل به حرکت به سمت مرکز کانال و قرار گرفتن در مرکز کانال دارد. وجود تعداد بیشتر ذرات باعث می‌شود که مرکز کانال محلی ناپایدار برای استقرار ذرات باشد به طوری که در حالاتی مشاهده می‌شود که پس از مدتی ذرات جامد به خارج از مرکز کانال منتقل می‌شوند. در این تحقیق پدیده ته‌نشین شدن ذرات جامد در سیالات ویسکوپلاستیک را مورد بررسی قرار داده‌ایم. اثر تعداد ذرات بر سرعت ته‌نشین شدن مورد مطالعه قرار گرفته است. در این بررسی‌ها مشخص شده است که اگر چه افزایش تعداد ذرات موجب کاهش سرعت ته‌نشین شدن آنها در سیالات نیوتنی می‌شود، در سیالات ویسکوپلاستیک وضع به شکل دیگری است؛ به طوری که افزایش در تعداد ذرات می‌تواند به افزایش سرعت ته نشین شدن ذرات منجر شود. در بررسی این موضوع مشخص شد که موقعیت قرار گیری ذرات نسبت به هم در سیالات ویسکوپلاستیک، نقشی کلیدی در سرعت ته‌نشین شدن آنها دارد. در برخی از فرآیندهای صنعتی از ارتعاش محفظه حاوی سیال و ذرات، برای افزایش سرعت ته نشین شدن ذرات جامد استفاده می‌شود. در تحقیق پیش رو این موضوع مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که ارتعاش محفظه می‌تواند موجب شکسته شدن ساختارهای داخلی سیال و در نتیجه افزایش چشمگیر سرعت ته نشین شدن ذرات در سیال ویسکوپلاستیک شود. جهت‌گیری فیبرهای انعطاف‌پذیر نقش مهمی در کیفیت قطعات تولیدی با استفاده از فرآیند قالب‌گیری تزریقی یا کاغذ تولیدی در صنایع کاغذ سازی دارد. در این تحقیق همچنین به بررسی جهت‌گیری فیبرهای انعطاف‌پذیر در فرآیند قالب‌گیری تزریقی پرداخته‌ایم و اثر پارامترهای مختلف را بر جهت‌گیری فیبرها مورد بررسی قرار داده‌ایم. در این بررسی‌ها مشخص شده است که خواص فیبرها، نسبت حجمی سوسپانسیون، سرعت قالب‌گیری، و خواص ویسکوپلاستیک مذاب پلیمر می‌توانند اثری تعیین کننده در جهت‌گیری نهایی فیبرهای انعطاف‌پذیر داشته باشند.
- Abstract
- Using direct numerical simulation, various fluid-solid interaction problems including viscoplastic fluids flow in peristaltic pumps, transportation of the solid particles in viscoplastic fluids in peristaltic flow, sedimentation of many particles in yield stress fluids, sedimentation of the solid particles in yield stress fluids under vibration, and mold filling by melted composite containing flexible fibers are studied. Transportation of viscoplastic fluids and solid particles by peristaltic pumps without limitation on Reynolds, Bingham, and wave numbers is studied. In spite of the previous studies, our results show that and increase in the Reynolds number may result to an increase in the transportation speed of the particles. We have found that yield stress of the fluids does not always have a decreasing effect on the transportation speed of the particles and there are some cases that the yield stress have an increasing effect. In this study we have found a critical wave number that for the wave numbers greater than the critical value, yield stress has an increasing effect on the transportation speed of the particles. It was found that for a particle, in any situation the particle tend to go to the center of the channel. In the case of existence of more than one particle it was found that center of the channel is not a stable place for the particles and giving enough time, the particles tend to go off the center of the channel. In this thesis we have studied sedimentation of the particles in viscoplastic fluids. In this study we have found that while for the Newtonian fluid an increase in the number of the particles cause a decrease in the mean sedimentation speed of the particles, for yield stress fluids an increase in the number of the particles results to an increase in the mean sedimentation speed of the particles. In this study we have found that initial position of the particles have a critical role on the mean sedimentation speed of the particles. In some industrial processes vibration of the container of the fluid and the solid particles is used to enhance the sedimentation speed of the particles. In this thesis we have also studies this subject and found that vibration of the container has a great impact on the sedimentation of the particles that is largely due to the breaking the internal structures of the yield stress fluid. Orientation of the flexible particles have a critical impact on the quality of the products of injection molding or paper making processes. In this thesis we have studied effect of different parameters on the orientation of the particles in the mold filling process. In this study we have found that flexible fibers properties, volume fraction of the suspension, speed of the mold filling, and viscoplastic properties of the molten composite have critical effect on the final orientation of the fibers in the mold. Keywords: Direct numerical simulation, Lattice Boltzmann Method, Fluid-solid interactions, Solid particles, Flexible fibers, Viscoplastic fluids.
