شبیه‏ سازی مستقیم عددی کاهش درگ آشفته با‎ افزودنی های میکروفیبر با استفاده از یک مدل جبری بر مبنای تانسور همبستگی سرعت

یکی از روش های مهم در پدیده کاهش درگ اصطکاکی در جریان های آشفته تزریق میکروفیبرها در سیال حامل است. پدیده کاهش درگ جریان آشفته به وسیله اضافه کردن پلیمر و فیبر نظر تعداد زیادی از پژوهشگران را در دهه های اخیر به خود جذب کرده است. ‎‎ در راستای شناخت مکانیزیم عملکرد این پدیده پژوهش های گوناگونانی از لحاظ تئوری و عملی صورت گرفته است. کاهش نیروی درگ در مقابل حرکت اجسام در جریان آشفته سبب دستیابی به سرعت های بالاتر و کاهش مصرف منابع انرژی برای حرکت جسم می شود. با توجه به کاربرد فزاینده ی این روش این نیاز احساس می شود که میزان کاهش درگ مربوط به آن را تخمین زد و سپس با استفاده از نتایج بدست آمده به انجام طراحی بهینه پرداخت. برای نیل به این هدف شبیه سازی عددی بهترین گزینه می باشد. از آنجایی که حل کامل معادلات مربوط به جریان سوسپانسیون فیبر در رژیم مغشوش دارای محدودیت هایی است، لذا مفروضاتی در نظر گرفته می شود. در ‏پایان نامه حاضر شبیه سازی کاهش درگ آشفته با افزودنی های میکروفیبر در عدد رینولدز برشی ‎180انجام شده است. برای این منظور حل معادلات ناویر-استوکس سه بعدی و وابسته به زمان برای جریان تراکم ناپذیر یک سیال غیرنیوتنی استفاده شده است و سپس فرضیات اساسی برای حل آنها ارائه شده است. تانسور تنش غیرنیوتنی تابع توزیع جهت گیری فیبرها می باشد و توسط معادله فوکر-پلانک توصیف می شود که این موجب بسته شدن معادلات ناویر-استوکس می شود. برای حل معادلات ناویر-استوکس غیر نیوتنی از روش های مختلفی می توان بهره گرفت. اما مدل بستگی جبری به علت کاهش چشمگیر هزینه و زمان محاسبات امکان شبیه سازی مستقیم عددی را در اعداد رینولدز بالا فراهم می کند. در این پژوهش مدل بستگی جدیدی پیشنهاد شده است که مشکلات روش های قبل را پوشش می دهد و دارای نتایجی دقیق است. در نهایت، کمیت های جریان آشفته ‏کاهش درگ یافته (جریان سوسپانسیون فیبری) از قبیل سرعت متوسط‏، ریشه های متوسط مربع بدون بعد، تنش های متوسط غیر نیوتنی و تانسور همبسگی بین سرعت و فشار نشان داده شده و در مورد آنها بحث شده است همچنین تغییرات ایزوترپی در تانسور تنش رینولدز را به کمک مثلث لاملی ارائه شده است.‎ دبی جریان مشاهده شده در سوسپانسیون فیبری نسبت به جریان نیوتنی 10 الی 11 درصد افزایش پیدا کرده است.