بررسی عددی و تحلیل جریان لایه مرزی در سیالات غیر نیوتنی روی صفحه تخت

مطالعه جریان لایه مرزی یکی از مسائل بنیادی در مکانیک سیالات بشمار می رود، که از دیرباز مورد توجه پژوهشگران این رشته قرار داشته است. تا کنون تحقیقات بسیار زیادی روی جریان لایه مرزی صورت گرفته است که اکثر آنها در خصوص سیالات نیوتنی بوده و سهم اندکی از آنها به سیالات غیر نیوتنی و به ویژه سیالات ویسکوالاستیک پرداخته اند. هدف اصلی این پژوهش شناخت بهتر اثرات خواص ویسکوالاستیک، بر مشخصه های لایه مرزی می باشد. در این تحقیق با دو رویکرد عددی و تحلیلی به لایه مرزی ایجاد شده توسط جریان ویسکوالاستیک روی یک صفحه تخت پرداخته شده است. در رویکرد عددی، برای شبیه سازی این جریان، از نرم افزار منبع باز openfoam، که یک جعبه ابزار دینامیک سیالات محاسباتی(cfd) می باشد، استفاده شده است. این نرم افزار از شیوه عددی حجم محدود (fvm) برای حل معادلات با مشتقات جزئی استفاده می کند. در حل عددی از مدل گزیکس، به عنوان مدل ساختاری سیال ویسکوالاستیک استفاده شده است. جهت اطمینان از پاسخ های روش عددی، استقلال نتایج از شبکه محاسباتی بررسی شده و همچنین پاسخ ها در حالت نیوتنی با حل بلاسیوس مقایسه شده اند. در رویکرد تحلیلی از اصول روش انتگرالی فون کارمن، که یک روش تقریبی در بررسی لایه مرزی سیالات نیوتنی می باشد، استفاده شده است و سعی گردیده روش فوق به سیالات ویسکوالاستیک نیز تعمیم داده شود. برای این کار از مدل cef برای شبیه سازی میدان تنش استفاده شده است. نتایج بدست آمده در هر دو روش مبنی بر ایجاد یک ضخامت محدود در نقطه ابتدایی صفحه بر اثر خاصیت الاستیک، در سیال ویسکوالاستیک می باشد. همچنین ضخامت لایه مرزی و میزان تنش برشی روی صفحه در سیال ویسکوالاستیک کمتر از سیال نیونی می باشد. در حل عددی نشان داده شد که با افزایش عدد الاستیک میزان تنش برشی و اختلاف تنش های نرمال اول و دوم روی دیواره کاهش می یابد و ضرایب درگ در اعداد الاستیک مختلف گزارش شده است. تاثیر ضریب تحرک پذیری در مدل گزیکس روی مشخصه های لایه مرزی نیز مورد بررسی قرار گرفته است.