بررسي تأثير عدد رينلدز بر ضربه قوچ سيالات غيرنيوتني در جريان آرام

Investigating the Effect of Reynolds Number on Non-Newtonian Fluid-Hammer in Laminar Flow

در پژوهش حاضر، حساسيت رفتار دو گروه از سيالات ويسكوالاستيك غير نيوتني نسبت به تغييرات عدد رينولدز، با يك سيال نيوتني مورد مقايسه قرار گرفته است. سيالات غير نيوتني مورد نظر، يك پليمر فوق همرفتي ماكسول و يك محلول اولدرويد-بي را شامل مي شود كه در شرايط رخداد پديده ضربه قوچ، در لوله در جريان هستند. اين مقايسه در شرايط رخداد پديده ضربه قوچ، در لوله در محدوده جريان آرام صورت مي گيرد. معادلات حاكم بر مساله را معادلات ناوير-استوكس و معادلات ريولوژي سيالات ويسكوالاستيك تشكيل مي دهد. بي بعد سازي معادلات، نشان مي دهد كه عددهاي رينلدز و ماخ، پارامترهاي بي بعد مشترك در معادلات سه نوع سيال ذكر شده هستند. ويسكوزيته سيالات به عنوان يك عامل اصطكاكي، سبب مي شود كه عدد رينلدز و تغييرات آن، نقش مهمي در نوسانات و زمان ميرايي موج حاصل از جريان گذراي ضربه قوچ داشته باشد. در مدل سازي معادلات، از روش عددي دو گام زماني لاكس- فردريشك (lxF) استفاده مي شود. جهت اعتبار سنجي مدل، از نتايج آزمايش صورت گرفته توسط هولمبو و روليو براي يك سيال نيوتني استفاده و مشخص گرديد كه جواب هاي مدل پيشنهادي با دقت بالاي 99 درصد بر نتايج مدل عددي زيلك و وهبا منطبق است. نتايج مدل سازي نشان مي دهد كه ويژگي هاي ويسكوالاستيك سيالات، نظير رابطه غيرخطي تنش و كرنش، دارا بودن ثابت زماني رهايي از تنش و...، باعث كاهش تاثيرپذيري آنها در مقايسه با سيالات نيوتني مي شود، به نحوي كه بيشترين ميزان حساسيت در برابر تغييرات رينلدز در سيال نيوتني و كمترين ميزان، در سيال فوق همرفتي ماكسول كه ويژگي هاي ويسكوالاستيك قوي تري در معادلات آن، دخالت دارد، مشاهده مي شود.

In the present study, the sensitivity of the behavior of an Upper-Convected-Maxwell polymer and an Oldroyd-B fluid are compared to a Newtonian fluid. The governing equations are the Navier - Stokes equations and viscoelastic fluid equations. These equations are non-dimensionalized and it is found that Reynolds and Mach numbers are only the dimensionless parameters that exists in all three mentioned fluids. The viscosity of fluids as a friction factor causes that Reynolds number and its changes play an important role in the oscillations and also the attenuation of the fluid transient during Fluid hammer phenomenon. The numerical method used is a two-step variant of the Lax-Friedrichs (LxF) method. The results show that the viscoelastic properties of fluids, such as the non-linear relationship of stress and strain, relaxation time and …, reduce their variability compared to Newtonian fluid. Finally, the maximum sensitivity to Reynolds variations in Newtonian fluid and the minimum amount is observed in the Upper-Convected-Maxwell polymer that there are strong viscoelastic properties in its equations.