بررسی عددی جریان سیال غیر نیوتنی در تبدیلات تدریجی واگرا

جریان های فروصوتی در کانالهای انبساطی از جمله مسائل مهم و اساسی در مکانیک سیالات به شمار می آیند که دارای کاربردهای فراوانی در شیپوره ها، تبدیلات لوله کشی، مبدل های حرارتی، پر شدن قالب های ریخته گری، شکل دهی فلزات، و ... می باشد. از اینرو در طی چند دهه اخیر بسیاری از محققان به بررسی تحلیلی، تجربی و عددی این جریان ها پرداخته اند. بر خلاف تحقیقات مشابه پیشین که همگی به مطالعه جریان در کانال های دارای انبساط ناگهانی (زاویه 90 درجه) پرداخته اند، در پژوهش حاضر جریان در کانال دارای انبساط تدریجی در زوایای مختلف بررسی شده که این امر از مهمترین نوآوری آن به شمار می آید. در مطالعه حاضر نسبت انبساط 1:3 و زوایای انبساط 30، 45، 60 و 90 درجه در نظر گرفته شده است. هدف اصلی از این پژوهش شناخت بهتر اثرات مقدار زوایا، عدد رینولدز و عدد وایزنبرگ بر ساختار و الگوی جریان در زوایای مختلف می باشد. به منظور مدل‏سازی این جریان، از نرم‏افزار منبع‏باز openfoam که یک جعبه ابزار دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) ‏می‏‏‏‏باشد، استفاده شده است. ابتدا معادلات پیوستگی و مومنتوم به فرم کلی در مختصات کارتزین بیان شده و سپس روابط کلی معادله ساختاری سیال ویسکوالاستیک (مدل mptt) و توابع ویسکومتریک لزجت ارائه شده است. معادلات حاکم در این تحقیق، با استفاده از روش حجم محدود به-صورت صریح گسسته سازی شده اند. جهت حل پیمایش زمانی مجازی، از الگوریتم پیزو در حالت گذرا استفاده شده است تا پارامترهای جریان در هر گام زمانی پایدار و ثابت شوند و بعد گام زمانی افزایش یابد تا همگرایی پارامترها به جواب های صحیح و منطقی حاصل شود. بررسی دقت و صحت نتایج حل عددی بر اساس نتایج انبساط ناگهانی (با زاویه 90 درجه) صورت گرفته است. در انتها برای جریان سیال نیوتنی، تمام مشخصه های طولی و عرضی گردابه ها در مجاورت دیوار بالا و پایین کانال به صورت منظم و دسته بندی شده در جداول فصل نتایج آورده شده است. همچنین نتایج حاصل از بررسی عددی برای جریان سیال نیوتنی و سیال ویسکوالاستیک به صورت خطوط جریان، کانتور سرعت و سرعت روی خط مرکزی کانال ترسیم شده و نتایج حاصل از بررسی آن به طور مفصل در فصل آخر آورده شده است.