بررسي عددي جريان سه بعدي ناپايدار سيال ويسكوالاستيك غيرخطي حول كره

Numerical study of three dimensional instability of nonlinear viscoelastic fluid flow around a sphere

در اين تحقيق به بررسي سه بعدي جريان ناپاياي سيال ويسكوالاستيك حول كره در محيط بي نهايت پرداخته شده است. براي بررسي مناسب تر اثرات خواص سيال از مدل غير خطي گزيكس به عنوان معادله متشكله سيال ويسكوالاستيك استفاده شده است. با توجه به سه بعدي بودن هندسه مورد مطالعه با تقسيم بندي دامنه محاسباتي به بخش هاي گوناگون از يك شبكه با سازمان در بسياري از مناطق دامنه محاسباتي استفاده شده است. حل معادلات مومنتم و معادلات متشكله سيال در اين تحقيق توسط كد عددي منبع باز اپن فوم كه از روش حجم محدود جهت مدلسازي معادلات حاكم بر جريان استفاده ميكند، انجام گرفته است. در ابتدا نتايج ميدان سرعت و خطوط جريان سيال نيوتني حول يك كره در محيط بي نهايت ارائه شده و با ترسيم مقدار سرعت در پشت كره عدد رينولدز مربوط به ناپايداري جريان ارائه شده است. در ادامه جهت معتبر سازي اين كد عددي نتايج حاصل از ضريب درگ بر روي كره با نتايج تحقيقات گذشته مقايسه شده است. سپس به بررسي جريان سيال ويسكوالاستيك بر ناپايداري گردابه هاي توليدي در پشت كره در اعداد رينولدز بالا پرداخته شده و اثرات عدد رينولدز و وايزنبرگ در توليد و ناپايداري اين گردابه ها و تأثير آن بر عدد استروهال توضيح داده شده است. نتايج نشان ميدهد در اعداد رينولدز بالا اثرات خواص الاستيك بر روي رژيم جريان ناچيز بوده و عدد رينولدز در ناپايداري گردابه هاي توليدي در پشت كره نقش بارزتري ايفا مي كند.

In this paper, 3D investigation has been employed to study the wake instability of viscoelasic fluid flow behind unconfined sphere. For estimating the proper properties of the viscoelastic fluid in this study a non-linear Giesekus model is used as the constitutive equation of viscoelastic fluid. Numerical computations are carried out by solving the governing and the onstitutive equations of the viscoelasic fluid flow using the finite volume technique and OpenFOAM which is an open source code is used as the CFD solver. At first velocity field and flow streamlines of Newtonian fluid around the sphere for various Reynolds numbers have been plotted and by plotting the velocity magnitude and pressure at a point behind the sphere versus time, the value of Recr in which the flow become unstable has been reported. Furthermore, for validating the present numerical code, variation of drag coefficient around the sphere versus Reynolds number has been compared with previous investigations. In the following, the effect of Reynolds and Wisenberg number on fluid flow and instability of wake formation behind a sphere have been investigated at high values of Reynolds number for the first time. Results show that at high values of Reynolds number the effect of Wisenberg number has less effect in contrast with Reynolds number on flow instability behind the sphere.