شبیه سازی جریان سیال غیرنیوتنی حول استوانه های ثابت و متحرک با روش شبکه بولتزمن

چکیده: این پایان نامه به کاربرد حل روش عددی شبکه بولتزمن درشبیه سازی جریان سیال غیرنیوتنی بر روی مرز منحنی می پردازد.در این راستا، ضمن معرفی روش شبکه بولتزمن در حل جریان سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی، انواع معادلات ساختاری که برای سیالات غیرنیوتنی ارایه شده نیز مورد بررسی قرار گرفته است و حل های تحلیلی برای انواع این سیالات در جریان داخل کانال ارایه شده است. در این پایان نامه برای مدل کردن سیال غیرنیوتنی از مدل توانی استفاده شده است. مدل توانی یکی از مدل های پرکاربرد برای سیالات غیرنیوتنی بخصوص پلیمرهای صنعتی است. در شبیه سازی حاضر نحوه بکارگیری روش شبکه بولتزمن بر روی مرز مستقیم و مرز منحنی توضیح داده شده و انواع روش های ارایه شده برای در نظر گرفتن مرز جامد منحنی شکل در سیال بیان شده است. به عنوان اولین مسیله که توسط حل روش بولتزمن ارایه شده است، یک کانال ساده در نظر گرفته شده و با توجه به شرط مرزی سرعت یکنواخت در ورودی و گرادیان سرعت صفر در خروجی، سرعت خط مرکزی برای سیال غیرنیوتنی با مدل توانی و برای مقادیر مختلفی از شاخص مدل توانی بدست آمده است. در این مسیله پروفیل های سرعت توسعه یافته در کانال برای مقادیر مختلفی از شاخص مدل توانی با حل های تحلیلی مقایسه شده اند. قسمت اصلی این پایان نامه به شبیه سازی جریان سیال غیرنیوتنی با مدل توانی حول یک استوانه اختصاص دارد. میدان سرعت در کانال و ضریب درگ روی استوانه از مهمترین پارامترهای محاسبه شده در این شبیه سازی هستند. برای اعمال شرط عدم لغزش روی سطح منحنی از روش میان یابی توابع توزیع احتمال استفاده شده است. نیروی وارد بر استوانه از روش تغییر مومنتوم بدست آمده و با نتایج حل های محققان قبلی مقایسه شده است. مسیله سوم بررسی حرکت استوانه در یک کانال در جریان سیال غیرنیوتنی است. این مسیله در دو دستگاه مرجع مختصات، یکی متصل به جسم متحرک و دیگری مرجع مختصات ثابت بررسی شده و نتایج با هم مقایسه شده اند. همچنین نیروی مقاوم حاصل از حرکت استوانه در جریان سیالات غیرنیوتنی با جریان سیال نیوتنی مقایسه شده است.در نهایت، جریان سیال نیوتنی عبوری از روی دو استوانه در کنار هم توسط حل روش شبکه بولتزمن شبیه سازی شده و نیروی درگ روی استوانه ها بدست آمده است. انطباق مناسب روش شبکه بولتزمن با نتایج داده های دیگر محققان گویای توانایی مناسب این روش در تحلیل جریان سیالات غیرنیوتنی بر روی مرز منحنی است.