تحليل جريان سيال غيرنيوتني در لوله مخروطي همگرا با استفاده از مدل بينگهام

Analysis of Non-Newtonian Fluid Flow through a Conical Duct Based on Bingham Model

در اين مقاله جريان لايه هاي سيال بينگهام در يك لوله مخروطي همگرا مورد بررسي قرار گرفته است. براي اين منظور معادله ساختاري سيال بينگهام براي مدلسازي رفتار سيالات داراي تنش تسليم به كار گرفته شده است. با فرض كوچك بودن شيب لوله، گراديان فشار در داخل لوله براي اين سيال به صورت تحليلي تعيين شده است. با توجه به وابستگي جريان سيال به تنش تسليم، در داخل لوله ناحيه هاي بوجود ميآيد كه تانسور نرخ كرنش در آن برابر با صفر است و با عنوان ناحيه پلاگ شناخته ميشود. با استفاده از گراديان فشار بدست آمده، ناحيه پلاگ در داخل لوله تعيين و سپس با حل معادلات حركت در مختصات استوانه هاي و با فرض تقارن محوري توزيع سرعت در مقطع لوله در هر دو ناحيه پلاگ و خارج از ناحيه پلاگ بدست آمده است. نتايج بدست آمده در اين مقاله با نتايج ازمايشگاهي موجود در سابقه علمي و نتايج حل عددي نرم افزار فلونت مقايسه شده است. مقايسه اين نتايج نشان دهنده تطابق حل تحليلي اين مقاله و نتايج آزمايشگاهي موجود در سوابق علمي مربوطه است. در نهايت اثر پارامترهاي مختلف مانند تنش تسليم و شيب لوله بر روي توزيع سرعت و ناحيه پلاگ لوله مورد بررسي قرار گرفته است

In this paper the laminar Bingham fluid flow through a converging conical duct is analyzed. The constitutive law of Bingham fluids is applied to model the yield dependent properties behavior of the fluid. An analytical solution is obtained for the pressure gradient assuming small conical angle of the duct. According to the yield dependent properties of the fluid, a region is developed in the fluid wherein the rate of deformation tensor is zero. This region is called plug region. According to obtained pressure gradient, the plug region is determined. Then, assuming the cylindrical symmetry, the governing equations are solved in cylindrical coordinate system and velocity field is obtained across the duct section. The results obtained in the paper is compared with the experimental data given in the literature search and Fluent numerical solution. The comparison of these two methods shows that the result of current paper is well compared with those given in the literature search. Finally, the effect of parameters such as yield strength and conical angle on velocity field and plug region is investigated.