مطالعه و بررسی عددی تاثیر شکل هندسه دوار بر ضریب اصطکاک سطحی در جریان های تیلور-کوئت (با تزریق و بدون تزریق)

در این پژوهش به بررسی تاثیر برخی پارامترهای هندسه دوار و تزریق، بر کاهش ضریب اصطکاک سطحی در جریان تیلور-کوئت به صورت عددی پرداخته شده است. جریان تیلور-کوئت مورد نظر در دو مقطع استوانه ای و مخروطی مورد بررسی قرار گرفته است. مدلی که برای این مسئله در نظر گرفته شده، متشکل از دو سیلندر هم مرکز است که سیلندر خارجی ثابت و سیلندر داخلی متحرک می باشد. معادلات حاکم بر جریان براساس روش عددی حجم محدود و با استفاده از طرح گسسته سازی بالادست مرتبه دوم حل شده اند. سیال عامل در کار حاضر روغن سیلیکن می باشد. جریان مغشوش، به صورت تک فازی (بدون تزریق) و دوفازی (با تزریق) بررسی شده است که در حالت دوفازی، حباب های هوا به عنوان فاز دوم به درون جریان تزریق شده اند. با دوران سیلندر درونی، تغییر ضریب اصطکاک سطحی وارد بر سیستم به دست آمده است. در پایان، تحلیل حساسیت پارامترهای مختلف هندسی و جریانی در جریان تیلور-کوئت بررسی شده است. نتایج نشان دادند، زمانی که درون جریان تزریق هوا صورت می گیرد، حضور حباب ها و افزایش نرخ تزریق آن ها روی ضریب اصطکاک سطحی اثر گذاشته و باعث شده این ضریب را در جریان تیلور-کوئت استوانه ای در بهترین حالت تا میزان 12 درصد کاهش دهد که این کاهش برای جریان تیلور-کوئت مخروطی 8 درصد است. استفاده از سیستم تیلور-کوئت مخروطی در مقایسه با استوانه ای، ضریب اصطکاک را در سرعت های دورانی پایین تا میزان 30 درصد کاهش می دهد. از پارامترهای اثر گذار روی ضریب اصطکاک سطحی در جریان تیلور-کوئت می توان به پارامترهای هندسی مانند فاصله بین دو سیلندر و شعاع سیلندر درونی اشاره کرد که حساس ترین پارامتر در این جریان می باشند.