مطالعه عددی رفتار غیرخطی لایه برشی بین دو سیال غیر قابل اختلاط

ناپایداری کلوین هلمهولتز در سطح مشترک دو سیال جدا که در دو جهت مخالف بر روی هم حرکت می کنند، یکی از مسائل کلاسیک مکانیک سیالات است. در ساده ترین حالت آن، دو سیال مشابه غیر لزج و با جریان غیرچرخشی در دو طرف سطح مشترک دو جریان در نظر گرفته می شوند. در این پژوهش، ناپایداری کلوین هلمولتز برای سطح مشترک دو سیال غیرقابل اختلاط با چگالی های یکسان و متفاوت، و با درنظرگرفتن اثرات کشش سطح و لزجت دو سیال بررسی و رفتار سطح مشترک در شرایط مختلف مطالعه شده است. شرایط مختلف در این مساله، بستگی به عدد وبر (جهت بررسی اثر کشش سطح)، عدد رینولدز (جهت بررسی اثر لزجت) و طول موج اغتشاشی وارد بر سطح مشترک جریان دو سیال دارد. جهت انجام این مطالعه، از کد کامپیوتری فرانت ترکینگ که برای مدل سازی جریانات چند فازی به کار می رود استفاده کرده و با تغییر آن جهت تعریف سطح مشترک بین دو سیال و اعمال شرایط مسال? مورد نظر، کد مطلوب ایجاد شده است. پس از ایجاد کد مطلوب، در مراحل گوناگون، شرایط مساله را تغییر داده و رفتار سطح مشترک تحت آن شرایط بررسی شده است. جهت اعتبارسنجی کد مورد نظر، نتایج با تئوری غیرلزج ناپایداری کلوین هلمهولتز مقایسه شده و نشان داده شده است که در زمانهای ابتدایی که اثرات لزجت بر جریانات کم هستند، نتایج این مطالعه به نتایج حاصل از تئوری غیرلزج میل کرده و در ادامه به علت اثرات غیرخطی در نظر گرفته در این مطالعه، از یکدیگر فاصله می گیرند. در این پژوهش نحو? رشد موج اغتشاشی اعمالی بر سطح مشترک دو جریان یکسان و غیر یکسان (با اختلاف چگالی) در زمان های گوناگون نشان داده شده است و در مورد اثرگذاری هر یک از خواص کشش سطح بین دو جریان و لزجت بر توسع? سطح مشترک دو سیال بحث شده و نهایتا امکان تشکیل قطره از یکی از سیالات به علت گره خوردن سطح مشترک دو سیال و آزادسازی آن در جریان سیال دیگر بررسی شده است.