شبيه‌سازي جريان سيال كاريو-ياسودا با لزجت تابع دما: روش شبكه بولتزمن غيرنيوتني

Simulation of Carreau-Yasuda Fluid Flow with Temperature-dependent Viscosity: Non-Newtonian Lattice Boltzmann Method

در مطالعه حاضر جريان سيال غيرنيوتني از روي مانع دايروي در يك كانال دو بعدي با استفاده از روش شبكه بولتزمن مورد بررسي قرار گرفته است. از مدل غيرنيوتني كاريو-ياسودا براي شبيه‌سازي خواص سيال بهره گرفته شده است. از مدل تواني با ضرايب باريك شوندگي دمايي مختلف براي بررسي اثرات دما بر لزجت سيال غيرنيوتني استفاده شده است. با توجه به خاصيت محاسبات محلي در روش شبكه بولتزمن، خواص وابسته به برش و دما در سيال كاريو-ياسودا به آساني و با دقت مرتبه دو مدل ­سازي شده ­اند. اعتبارسنجي نتايج براي پارامترهاي جريان سيال و انتقال گرما با موفقيت انجام پذيرفته است. نتايج نشان مي­ دهند با كاهش انديس تواني در مدل غيرنيوتني كاريو-ياسودا، خصوصاً در اعداد رينولدز بالاتر، عدد ناسلت متوسط حول سيلندر افزايش مي­يابد. شبيه‌سازي­ها نشان مي ­دهند با افزايش عدد كاريو اندازه گردابه‌هاي پشت سيلندر افزايش و ضريب پسا كاهش مي­ يابد. نتايج بررسي تغييرات ضريب پسا بر حسب ضريب باريك ­شوندگي دمايي نشان مي­ دهند كه لزجت تابع دما اثر قابل­ توجهي در ميدان جريان سيال خواهد داشت؛ به نحوي كه با افزايش ضريب باريك­ شوندگي دمايي، ضريب پسا و اندازه گردابه ­ها به ترتيب روندي صعودي و نزولي را تجربه خواهند كرد.

In this study non-Newtonian fluid flow in two-dimensional channel with a circular obstacle has been studied using lattice Boltzmann method. The Carreau-Yasuda non-Newtonian model is used to simulate the non-Newtonian fluid behavior. The exponential model with different temperature-thinning coefficients is utilized to investigate the temperature-dependent viscosity of non-Newtonian fluid. Regarding to the local properties of the lattice Boltzmann method, the shear-dependent and temperature-dependent properties of Carreau-Yasuda non-Newtonian fluid are easily modeled with two-order accuracy. The validation of results for fluid flow and heat transfer parameters are completed, successfully. Results show a reduction in the power index of Carreau-Yasuda non- Newtonian model leads to growth of average Nusselt number, especially in high Reynolds numbers. Simulations show an increasing in the Carreau number causes to increase of wakes formed behind the cylinder. The results of drag coefficient versus temperaturethinning coefficient shows that the temperature-dependent viscosity has a significant effect on the flow field; in a way that a growth in the temperature-thinning coefficient leads to increase and decrease of drag coefficient and size of the vortices, respectively.