مطالعه تحلیلی و آزمایشگاهی دینامیک سقوط قطرات نیوتنی در رژیم لختی با اعداد رینولدز پایین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه حرارت و سیالات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 گروه سیالات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

10.22060/mej.2019.15350.6101

چکیده

بررسی جریان‌های دو فازی به خصوص بررسی‌های مربوط به حرکت قطرات یک سیال در سیالی دیگر دارای کاربرد گسترده‌ای از جمله در صنایع نفت و گاز، صنایع پزشکی و داروسازی، استخراج فلزات، نیروگاه‌ها و مبدلهای حرارتی دارد. در مقاله حاضر، دینامیک یک قطره نیوتنی در حال سقوط در رژیم آرام مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور ایجاد جریان لختی از ویسکوزیته 340 سانتی پویز برای سیال بیرون استفاده شده است. در بخش آزمایشگاهی، از آب یون زدایی شده (دیونیزه)‌ و‌ گلیسیرین‌ با نسبت‌های حجمی 79:21 و 83:17 به‌ عنوان ‌فاز ‌قطره ‌استفاده ‌شده ‌است. با افزایش حجم قطره و به تبع آن افزایش نیروی لختی، شکل قطره در حال سقوط در فاز نیوتنی از حالت کروی خارج می‌شود و حفره‌ای در قسمت انتهایی آن ایجاد می‌شود. نیروهای لختی، کشش سطحی و تنش‌های هیدرودینامیکی بیشترین تأثیر را روی شکل قطره در حال سقوط دارند. با افزایش حجم قطره نیوتنی در حال سقوط، حفره انتهای قطره رشد کرده و در نتیجه نیروی درگ آن افزایش و به تبع آن سرعت حد قطره کاهش پیدا می‌کند. طبق مشاهدات آزمایشگاهی، تغییرات نسبت لزجت روی شکل قطرات تاثیر چندانی ندارد و افزایش عدد رینولدز باعث کاهش ضریب فشار قطره می‌شود. همچنین نشان داده می‌شود که نتایج آزمایشگاهی با نتایج تحلیلی مطابقت خوبی دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

An analytical and experimental study on dynamics of Newtonian falling drops in inertia regime with low Reynolds numbers

نویسندگان [English]

  • Amin Emamian 1
  • Mahmood Norouzi 2
  • Hossein Abdolnejad 2
1 Faculty of Mechanical Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
2 Faculty of Mechanical Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
چکیده [English]

Two phases flows particularly motion droplets into a second fluid have variety of application in different industries including oil and gas industry, medicine and pharmaceutical, extraction of metals, power plants as well as heat exchangers. In this paper, dynamic of a Newtonian drop falling in laminar regime is studied. A fluid which its viscosity is 340 cP is used in order to produce an inertia flow. In experimental section, de-ionized water and glycerin solutions with volume concentrations of 21:79 and 17:83 are used for drop phase. By increasing the volume of drop that leads to rising the inertia force, the drop shape is changed from spherically and a dimple at the rear of drop is appeared. Inertial forces, surface tension and hydrodynamic tension play a significant role on drop shape. Increasing the drop volume causes expanding the dimple consequently drag force is enhanced and terminal velocity of drop is decreased as well. According to the experimental observations, variations of viscosity ratio does not have a profound effect on drop deformation. Moreover, increasing the Reynolds number leads to reduction of pressure coefficient. It is shown that the experimental observations have an appropriate agreement with analytical results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drop dynamics
  • Reynolds number
  • Terminal velocity
  • Drag force