بررسی عددی لایه مرزی و انتقال حرارت فالکنر-اسکن در جریان سیالات ویسکوالاستیک

مطالعه جریان لایه مرزی یکی از مسائل بنیادی در مکانیک سیالات بشمار می¬رود که از دیرباز موردتوجه پژوهشگران این رشته قرار داشته است. تاکنون تحقیقات بسیار زیادی روی جریان لایه مرزی صورت گرفته است که اکثر آن ها در خصوص سیالات نیوتنی بوده و تعداد کمی از آن ها به سیالات غیرنیوتنی و به ویژه سیالات ویسکوالاستیک پرداخته¬اند. هدف اصلی این پژوهش شناخت بهتر اثرات خواص ویسکوالاستیک، بر مشخصه¬های لایه مرزی با وجود اثرات گرادیان فشار می¬باشد. در این تحقیق با رویکرد عددی به انتقال حرارت و لایه مرزی ایجادشده توسط جریان سیال ویسکوالاستیک باوجود جمله گرادیان فشار پرداخته شده است. در رویکرد عددی، برای شبیه سازی این جریان، از دینامیک سیالات محاسباتی به صورت ضمنی با استفاده از نرم افزار متلب استفاده شده است. جریان در دو حالت وابستگی پارامترهای جریان به دما سیال و عدم وابستگی به دما مورد بررسی قرار گرفته است. در واقع، در این تحقیق معادله انرژی به همراه معادلات بقا، برخی خواص سیال از قبیل لزجت، ضریب رسانش و ظرفیت حرارتی ویژه تابعی از دمای نقطه ای سیال در نظر گرفته شده است؛ زیرا با توجه به اینکه گروه غالبی از سیالات ویسکوالاستیک، مذاب های پلیمری می¬باشند و در این حالت تفاوت دمای زیادی مشاهده می¬شود و از طرفی با توجه به حساسیت برخی خواص مواد ویسکوالاستیک به دما، در حل معادله انرژی استفاده از این فرضیه ضروری به نظر می¬رسد. در حل عددی از مدل مرتبه دو، به عنوان مدل ساختاری سیال ویسکوالاستیک استفاده شده است. جهت اطمینان از پاسخ¬های روش عددی، استقلال نتایج از شبکه محاسباتی بررسی شده و همچنین پاسخ¬ها در حالت نیوتنی با حل بلازیوس و فالکنراسکن مقایسه شده اند. ضخامت لایه¬مرزی هیدرودینامیکی، ضخامت مومنتوم، ضخامت جابجایی و ضخامت لایه¬مرزی حرارتی فالکنر- اسکن در سیال ویسکوالاستیک بیشتر از سیال نیوتنی می¬باشد. در حل عددی نشان داده شد که با افزایش اختلاف تنش¬های نرمال اول روی دیواره، ضخامت لایه مرزی هیدرودینامیکی، ضخامت مومنتوم، ضخامت جابجایی و لایه مرزی حرارتی افزایش می¬یابد. ضریب درگ در اختلاف تنش های نرمال اول مختلف و گرادیان فشارهای متفاوت گزارش شده است.تاثیر تغییرات عدد پرانتل جریان سیال ویسکوالاستیک بر مشخصه¬های لایه¬مرزی مطالعه شده است. تغییرات ناسلت محلی در اعداد پرانتل مختلف مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. عدد ناسلت متوسط در گرادیان فشارهای متفاوت و ضریب اختلاف تنش نرمال اول مورد بررسی قرار گرفته شده است.