بررسی آزمایشگاهی صعود دنباله ای از قطرات در یک سیال لزج

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

حرکت و تغییر شکل یک دنباله از قطرات در حال بالاروی در آب بصورت آزمایشگاهی و با استفاده از یک کد پردازش تصاویر مطالعه شده است. بمنظور بررسی جامع بین رفتار قطره ای که در ناحیه برخاستگی (Wake) قطره دیگر حرکت می کند و یک قطره منفرد که آزادانه در سیالی ساکن در حال حرکت است، تغییر شکل و ضرائب پسای مربوط به یک قطره منفرد و یک قطره مشخص در دنباله قطرات مورد مطالعه قرارگرفته اند. همچنین تاثیر خواص غیرنیوتنی مایعات بر رفتارهای مذکور بررسی شده اند. نتایج نشان می دهد که افزودن ویژگی های ویسکوالاستیک به مایعات موجب افزایش پایداری در شکل قطرات خواهد شد. در چنین شرایطی تغییر شکل های قطره در حال حرکت در ناحیه برخاستگی قطرات دیگر به نتایج مربوط به یک قطره منفرد نزدیک خواهد بود. به­منظور دستیابی به رابطه­ای منطقی برای ضریب پسا بصورت تابعی از عدد رینولدز برای قطره­ای که در دنباله حرکت می کند، از یک مدل دوبعدی برمبنای مسیر حرکت قطره استفاده شده است. همچنین رابطه ای تئوری برای ضریب پسای قطره بر حسب عدد رینولدز بصورت  که در آن از اثرات مربوط به تغییر شکل های قطره منفرد صرفنظر گردیده ارائه شده است. مقایسه مقادیر واقعی ضرائب پسا با مقادیر تئوری بیانگر خطایی کمتر از 25% می باشد. همچنین مقایسه بین ضرایب پسای مربوط به یک قطره منفرد و قطره در حال حرکت در یک دنباله، حاکی از آنست که قطرات به هنگام حرکت در دنباله ضرائب پسای بالاتری را تجربه می کنند. 

کلیدواژه‌ها


[1] Fakhari A, Rahimian MH (2011) Investigation of deformation and breakup of a falling droplet using a multiple–relaxation-time lattice Boltzmann method. Comput Fluids. 40: 156–171.

[2] Wegener M, Kraume M, Paschedag A (2010) Terminal and transient drop rise velocity of single toluene droplets in water. AIChE J. 56(1): 2–10.

[3] Kushner J, Rother MA, Davis RH (2001) Buoyancy–driven interactions of viscous drops with deforming interfaces. J Fluid Mech. 446: 253–269.

[4] Brazier-Smith PR, Jennings SG, Latham J (1972) The interaction of falling water drops: coalescence. Proc R Soc London. 326: 393–408.

[5] Al–Matroushi E, Borhan A (2009) Coalescence of drops and bubbles rising through a non–Newtonian fluid in a tube. Interdisciplinary Transport Phenomena, 1161: 225–233.

[6] Ramaswamy S, Leal LG (1999) The deformation of a viscoelastic drop subjected to steady uniaxial extensional flow of a Newtonian fluid. J Non-Newtonian Fluid Mech. 85(2–3): 127–163.

[7] Wanchoo RK, Sharma SK, Gupta R (2003) Shape of Newtonian liquid drop moving through an immiscible quiescent non-Newtonian liquid. Chem Eng Process. 42(5): 387–393.

[8] Sostarecz MC, Belmonte A (2003) Motion and shape of a viscoelastic drop falling through a viscous fluid. J Fluid Mech. 497: 235–252.

[9] Acharya A, Ulbrecht J (1978) Note on the influence of viscoelasticity on coalescence rate of bubble and drops. AIChE J. 24: 348–351.

[10] Hetsroni G, Haber S (1978) Low Reynolds number motion of two drops submerged in an unbounded arbitrary velocity field. Int J Multiphase Flow. 4(1): 1–17.

[11] Davis RH (1999) Buoyancy-driven viscous interaction of a rising drop with a smaller trailing drop. Phys Fluids 11: 1016–1028.

[12] Hugli H, Gonzalez J (2000) Drop volume measurement by vision. SPIE 3966–11: 60–66.

[13] Moremedi GM, Mason DP (2010) Streamlines and detached wakes in steady flow past a spherical liquid drop. Mathematical and Computational Application, 15(4): 543–557.

[14] Munson BR, Young DF, Okishi TH (2009) Fundamentals of fluid mechanics, 6th Ed., John–Wiley.

[15] Igarashi T, Terachi N (2002) Drag reduction of flat plate normal to airstream by flow control using a rod. J Wind Eng Ind Aerod. 90: 359–376.