شبیه سازی اختلاط دو نمونه با غلظت مختلف درون کانال مستقیم به کمک یک یا دو استوانه دوار

این پژوهش، به بررسی جریان و انتقال حرارت و انتقال جرم پیرامون استوانه(های) دوار محبوس درون کانال می پردازد. در جریان عبوری از روی استوانه ، گردابه هایی به صورت متناوب و یکی در میان از بالا و پایین استوانه ریزش می کنند. ریزش گردابه ها در پشت استوانه موجب ناپایداری جریان می شود، یکی از کاربردهای چنین جریان هایی، اختلاط نمونه هایی با غلظت مختلف می باشد. ریزش گردابه ها و ناپایداری ناشی از آن موجب بهبود اختلاط نمونه ها می شود. در این پژوهش ابتدا به بررسی جریان و انتقال حرارت پیرامون استوانه دوار محبوس درون کانال پرداخته شده و نتایج به دست آمده با نتایج به دست آمده توسط سایر محققان مطابقت داده شده است. در ادامه اختلاط دو نمونه با غلظتهای مختلف که در ورودی کانال به وسیله یک صفحه جداکننده از هم جدا شده اند و پس از عبور از روی یک استوانه دوار یا دو استوانه ی دوار با آرایش پهلو به پهلو با هم مخلوط می شوند، بررسی شده است. بررسی عددی با استفاده از روش عددی برهم نهی شبکه ها انجام می شود و تاثیر تغییرات عدد رینولدز و سرعت دورانی استوانه و نسبت انسداد کانال و فاصله ی بین دو استوانه روی ساختار جریان و گردابه ها و پارامترهایی مانند ضرایب درگ و لیفت و عدد استروهال و عدد نوسلت و شاخص اختلاط به دست می آید. شبیه سازیهای عددی برای اعداد رینولدز در بازه 10 تا 500، سرعت های دورانی بدون بعد 0، 1 و 2، نسبت های انسداد 1/0، 3/0 و 5/0، فواصل بدون بعد بین استوانه ها 7/1 و 5/2، اعداد پرانتل 7/0 و 7 و اعداد اشمیت 1و 4 انجام شده است. نتایج نشان می دهد در جریان عبوری از روی یک استوانه محبوس درون کانال، الگوی ریزش گردابه ها متفاوت با الگویی است که در جریان آزاد عبوری از روی استوانه مشاهده می شود و گردابه ها در پشت استوانه به صورت ضربدری حرکت می کنند. در جریان عبوری از روی یک استوانه محبوس درون کانال، افزایش نسبت انسداد کانال، گذار جریان از حالت پایا به ناپایا را به تاخیر می-اندازد، به عبارتی در مقایسه با جریان آزاد عبوری از روی استوانه، گذار جریان به رژیم نوسانی ناپایا در اعداد رینولدز بالاتری روی می دهد. با افزایش نسبت انسداد ضریب درگ و انتقال حرارت از استوانه به سیال افزایش می یابند و اختلاط نمونه ها درون کانال بیشتر می شود. در جریان ناپایای عبوری از روی استوانه قرار داده شده درون کانال، دوران استوانه موجب تضعیف ریزش گردابه ها در پشت استوانه می شود تا جاییکه در یک سرعت دورانی بحرانی، ریزش گردابه ها در پشت استوانه قطع و جریان پایا می شود. از آنجا که ریزش گردابه ها موجب به هم خوردن جریان و افزایش سطح مشترک نمونه ها می شود، پس در محدوده ای از اعداد رینولدز که ریزش گردابه ها درپشت استوانه دیده می شود، افزایش سرعت دورانی با کاهش اختلاط نمونه ها درون کانال همراه است. در جریان عبوری از روی دو استوانه محبوس درون کانال ساختار جریان و گردابه ها و همچنین اختلاط نمونه ها درون کانال به شدت به فاصله بدون بعد بین دو استوانه و جهت دوران استوانه ها(خارجی یا داخلی) وابسته است. در این مورد نیز هر چه نوسانات جریان بیشتر باشد، اختلاط نمونه ها درون کانال بیشتر می شود.