بررسی اثر سیال غیرنیوتنی در جریان غیرماندگار در سیستم لوله‌ها

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه شاهرود

2 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه شاهرود

3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شاهرود

چکیده

تغییر ناگهانی دبی در سیستم لوله‌ها منجر به نوسانات فشار می گردد که به عنوان ضربه قوچ شناخته می شود. در این مقاله به بررسی جریان غیرماندگار ناشی از بستن سریع شیر در یک سیستم شیر، لوله، مخزن پرداخته شده است. فرضیه اساسی به کار گرفته شده آن است که سیال موجود در سیستم، سیالی با ویژگی‌های غیرنیوتنی است. در ابتدا با اعمال این فرض معادلات حاکم استخراج خواهند شد. در ادامه با استفاده از روش‌های عددی نتایج معادلات حاکم برای سیال غیرنیوتنی بدست آورده شده‌اند. برای محاسبه عبارت‌های زمانی از رانج کوتای مرتبه چهارم و جهت تقریب ترم‌های مکانی از تفاضل مرکزی مرتبه دوم استفاده شده است. برای حصول اطمینان از صحت الگوریتم حل نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده‌اند. جهت مدل سازی سیال غیرنیوتنی مدل کراس به کاربرده شده است. نتایج حاصل از مدل سازی سیال غیرنیوتنی نشان دهنده تغییراتی قابل توجه در مقادیر فشار و پروفیل سرعت می‌باشد. تاریخچه تغییرات فشار نشان دهنده کاهش افت و اثر لاین پکینگ بوده. همچنین نمودارهای لزجت و تنش برشی در مقطع لوله نشان داده شده‌اند و در ادامه مورد بحث و بررسی قرار گرفته‌اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Pinho, F.T., (2003) A GNF framework for turbulent flow models of drag reducing fluids and proposal for a k–ε type closure. J. Non-Newtonian Fluid Mech., 114(2–3): p. 149-184.

[2] Cruz, D.O.A. and F.T. Pinho, (2003) Turbulent pipe flow predictions with a low Reynolds number k–ε model for drag reducing fluids. J. Non-Newtonian Fluid Mech., 114(2–3): p. 109-148.

[3] Pinho, F.T. and J.H. Whitelaw, (1990) Flow of non-newtonian fluids in a pipe. J. Non-Newtonian Fluid Mech., 34(2): p. 129-144.

[4] Moyers-Gonzalez, M.A. and R.G. Owens, (2008) A non-homogeneous constitutive model for human blood: Part II. Asymptotic solution for large Péclet numbers. J. Non-Newtonian Fluid Mech., 155(3): p. 146-160.

[5] Moyers-Gonzalez, M.A., R.G. Owens, and J. Fang, (2008) A non-homogeneous constitutive model for human blood: Part III. Oscillatory flow. J. Non-Newtonian Fluid Mech., 155(3): p. 161-173.

[6] Moyers-Gonzalez, M.A., R.G. Owens, and J. Fang, (2009) On the high frequency oscillatory tube flow of healthy human blood. J. Non-Newtonian Fluid Mech., 163(1–3): p. 45-61.

[7] Vardy, A.E. and J.M.B. Brown, (2011) Laminar pipe flow with time-dependent viscosity. J HYDROINFORM, 13(4): p. 729–740.

[8] Riasi, A., A. Nourbakhsh, and M. Raisee, (2009) Unsteady Velocity Profiles in Laminar and Turbulent Water Hammer Flows. J. Fluids Eng, 131(12): p. 121202-121202.

[9] Toms, B.A. (1948) Some Observation on the Flow of Linear Polymer Solutions Through Straight Tubes at Large {R}eynolds Numbers. in Proc. 1st Intl. Congr. on Rheology. 1948.

[10] Oliveira, G.M., C.O.R. Negrão, and A.T. Franco, (2012) Pressure transmission in Bingham fluids compressed within a closed pipe. J. Non-Newtonian Fluid Mech., 169–170(0): p. 121-125.

[11] Lai, W.M., et al., (2010) Introduction to continuum mechanics. 4th ed Amsterdam ; Boston: Butterworth-Heinemann/Elsevier.

[12] Bird, R.B., R.C. Armstrong, and O. Hassager, (1987) Dynamics of polymeric liquids. 2 ed. Vol. 1.

[13] Tijsseling, A.S., (1993) Fluid – structure interaction in case of waterhammer with cavitation in Civil Engineering Department1993, Delft University of Technology: Netherlands.

[14] Ghidaoui, M.S., et al., (2005) A Review of Water Hammer Theory and Practice. Appl. Mech. Rev., 58(1): p. 49-76.

[15] Wylie, E.B., V.L.A. STREETER, and L. Suo, (1993) Fluid Transients in Systems: Prentice Hall PTR.

[16] Chhabra, R.P. and J.F. Richardson, (2011) Non-Newtonian Flow and Applied Rheology: Engineering Applications. 2nd ed: Elsevier Science.

[17] Oliveira, P.J. and F.T. Pinho, (1998) A qualitative assessment of the role of a viscosity depending on the third invariant of the rate-of-deformation tensor upon turbulent non-Newtonian flow. J. Non-Newtonian Fluid Mech., 78(1): p. 1-25.

[18] (1981) Numerical solution of the Euler equations by finite volume methods using Runge Kutta time stepping schemes. in AIAA, Fluid and Plasma Dynamics Conference, 14th, Palo Alto, CA, June 23-25, 1981. 15 p. 1981.

[19] Wahba, E.M., (2006) Runge–Kutta time-stepping schemes with TVD central differencing for the water hammer equations. Int. J. Numer. Meth. Fluids, 52(5): p. 571-590.

[20] Holmboe, E.L. and W.T. Rouleau, (1967) The Effect of Viscous Shear on Transients in Liquid Lines. J BASIC ENG., 89(1): p. 174-180.