بررسی عددی جریان سیال ویسکوالاستیک حول سیلندر

مطالعه جریان بر روی سیلندر، از جمله مسائل کلاسیک و پایه در دینامیک سیالات محسوب ‏می‏‏‏‏شود که دارای کاربردهای متنوعی در صنایع گوناگون است. تاکنون تحقیقات آزمایشگاهی و عددی بیشماری در خصوص این جریان صورت گرفته که عمده این تحقیقات در خصوص سیالات نیوتنی بوده و سهم اندکی از آن‏ها متوجه سیالات غیرنیوتنی و بویژه سیالات ویسکوالاستیک است. هدف اصلی از پژوهش حاضر، شناخت بهتر اثرات خواص ویسکوالاستیک بر ساختار و الگوی این جریان می‏باشد. در این تحقیق، به مطالعه عددی جریان اینرسی سیال ویسکوالاستیک در عبور از روی یک سیلندر دایروی پرداخته شده است. به منظور مدل‏سازی این جریان، از نرم‏افزار منبع‏باز openfoam که یک جعبه ابزار دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) ‏می‏‏‏‏باشد، استفاده شده است. این نرم افزار از شیوه عددی حجم محدود (fvm) برای حل معادلات با مشتقات جزئی استفاده ‏می‏‏‏‏کند. در این‏جا برای نخستین بار جهت بررسی جریان سیال ویسکوالاستیک حول سیلندر، از مدل گزیکس به عنوان معادله ساختاری سیال ویسکوالاستیک استفاده شده است. این مدل غیرخطی از توانایی برجسته‏ای در توصیف ویسکوزیته در ناحیه توانی و همچنین اثر اختلاف تنش‏های نرمال برخوردار است. بر اساس شبیه‏سازی عددی، صحت نتایج حاصل از حل عددی ارزیابی و استقلال پاسخ‏‏ها‏‏ی عددی از شبکه بررسی شده است. در این تحقیق اثر اعداد رینولدز و وایزنبرگ و همچنین ضریب تحرک در مدل گزیکس، بر الگوی گردابه‏‏ها‏‏ی فون‏کارمن مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده می‏شود که ازدیاد خاصیت الاستیک سیال در قالب عدد وایزنبرگ، منجر به کاهش محسوس فرکانس و دامنه نوسانات‏‏ و افزایش طول ناحیه جریان برگشتی، پیش از رسیدن به عدد رینولدز بحرانی و شروع نوسانات در جریان ‏می‏‏‏‏گردد. شایان ذکر است که این خاصیت از سیال، ناپایداری در جریان را تشدید نموده و رینولدز بحرانی را کاهش ‏می‏‏‏‏دهد. از دیگر نوآوری‏‏ها‏‏ی تحقیق حاضر، بررسی اثر ضریب تحرک سیال ویسکوالاستیک بر فرکانس گردابه‏‏ها‏‏ی فون‏کارمن ‏می‏‏‏‏باشد. بررسی‏ها نشان می دهد که افزایش این ضریب، فرکانس نوسانات در در جریان را تقویت نموده و سبب ازدیاد ناپایداری در جریان می‏شود.