پديد آورنده :
عباس زاده، امير
عنوان :
بررسي تغيير شكل و تجزيه قطره در جريان برشي ساده و مطالعه عوامل موثر بر اندازه نهايي قطرات حاصل از تجزيه; شبيه سازي به روش ديناميك ذره استهلاكي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
تبديل انرژي
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مكانيك
صفحه شمار :
شانزده، 143ص.: مصور، جدول، نمودار
يادداشت :
ص.ع. به فارسي و انگليسي
استاد راهنما :
احمدرضا پيشه ور
استاد مشاور :
سعيد مرتضوي
توصيفگر ها :
امولسيون , اند- پينچينگ , ناپايداري مويينگي , توزيع اندازه قطرات
تاريخ نمايه سازي :
94/2/19
استاد داور :
ابراهيم شيراني، محمدرضا توكلي نژاد
تاريخ ورود اطلاعات :
1396/09/27
چكيده فارسي :
چكيده پديده ي تغيير شكل و تجزيه قطره در جريان برشي ساده به دليل تاثير فراوان آن بر تعيين اندازهي قطرات امولسيونها بسيار حائز اهميت است براي بررسي اين پديده مي توان از روشهاي تجربي و عددي گوناگوني بهره گرفت در ميان روشهاي عددي روش ديناميك ذرهي استهالكي به دليل عدم نياز به يافتن مكان سطح مشترك و همچنين اعمال ناپيوستگي هاي خواص سيال بر روي سطح مشترك و نيز به دليل ماهيت مزوسكوپيك روش كه امكان دخالت دادن نوسانات گرمايي در حل مسايل را بهوجود ميآورد به عنوان روشي مناسب كه داراي دقت قابل قبول و هزينهي محاسبات معقول است براي حل اين مساله انتخاب شده است در ادامه به منظور آشنايي با اين روش توضيحات نسبتا جامعي در مورد نحوهي شبيهسازي مسايل مكانيك سياالت توسط روش ديناميك ذرهي استهالكي داده شدهاست پس از آشنايي با روش با هدف آشنايي بيشتر با پديدهي تغييرشكل و تجزيهي قطره و شناسايي عوامل موثر بر آن مسالهي تغيير شكل پايدار قطره در جريان برشي ساده مورد بررسي قرار گرفتهاست به اين منظور شكل نهايي و همچنين زاويهي قطره با خط عمود در اعداد مويينگي متفاوت محاسبه و با نتايج ساير روشهاي عددي و همچنين روابط تحليلي مقايسه شده است نتايج گوياي دقت قابل قبول روش عددي است در اين مطالعه همچنين تاثير فاصلهي قطره از ديوار نسبت چسبندگي و اينرسي بر روي تغيير شكل و تجزيه قطره مورد بررسي قرار گرفته است با تشابه سازي رفتار قطره با يك سيستم جرم فنر ميراكننده نشان داده شده است در جريان استوكس رفتار قطره به يك سيستم تندميرا و در اعداد رينولدز باال به يك سيستم كندميرا شبيه است در اين تحقيق همچنين پديدهي تجزيه ي قطره در جريان برشي ساده در دو حالت بحراني و فوق بحراني شبيهسازي شده و از اين طريق عوامل موثر بر اندازهي نهايي قطرات حاصل از تجزيه بررسي شده است سه عامل نرخ برش جريان اندازهي قطرهي اوليه و نسبت چسبندگي مورد مطالعه قرار گرفتهاست در اين مطالعه مشاهده ميشود كه در نتيجه افزايش نرخ برش اندازهي نهايي قطرات كاهش پيدا كرده است ارتباط بين نرخ برش و اندازهي نهايي قطرات در اعداد رينولدز مختلف به صورت تابعي نمايي با توان 0 1 در جريان استوكس و توان 66 0 در جريان غيرچسبنده بيان مي شود در اين تحقيق با توجه به اينكه عدد رينولدز جرياني كه قطرات تجزيه شده احساس ميكنند از مقادير متوسط بوده توان تابع نمايي برابر 74 0 بدست آمدهاست همچنين نشان داده شدهاست كه بين ميانگين اندازهي قطرات و اندازهي بحراني قطره تناسب وجود دارد كه در مطابقت با نتايج تحقيقات آزمايشگاهي است پس از بررسي تاثير اندازهي قطرهي اوليه بر ميانگين اندازهي قطرات مشخص شدهاست كه اين مورد تاثيري بر اندازهي نهايي قطرات ندارد نسبت چسبندگيهاي بزرگ باعث ايجاد ناپابداريهايي با طول موجهاي بزرگ و توليد نواحي گلويي شكل با حجم بيشتر ميشود اين موضوع سبب ميشود كه قطرات پيرو در اين حالت بزرگتر بوده و توزيع اندازهي قطرات داراي دو مد اصلي شود بر اساس نتايج بدست آمده براي توليد امولسيونهايي با قطرات هم اندازه ابتدا بايد يك تركيب پيشمخلوط با اندازهي قطرات متفاوت و بزرگتر از اندازهي بحراني ايجاد كرد سپس با اعمال جريان برش ميتوان اندازهي نهايي قطرات را كنترل كرد همچنين براي جلوگيري از ايجاد امولسيوني با توزيع اندازهي قطرات پهن بايد از سياالتي با نسبت چسبندگي كمتر از يك به عنوان قطره و سيال پيرامون استفاده كرد كلمات كليدي امولسيون تجزيه قطره جريان برشي ساده ديناميك ذره استهالكي اند پينچينگ ناپايداري مويينگي توزيع اندازه قطرات
چكيده انگليسي :
Drop Deformation and Breakup in Simple Shear Flow and Study of EffectiveParameters on the Size of Final Drops a Dissipative Particle Dynamics Simulation Amir Abbaszadeh a abbaszadeh@me iut ac ir September 22 2014 Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language FarsiSupervisor Dr Ahmadreza Pishevar apishe@cc iut ac irAbstract The phenomenon of drop deformation and breakup in simple shear flow due to its great impact ondetermination of drop size in emulsions is of utmost significance Various numerical and experimental methodscan be used to study this phenomenon The dissipative particle dynamics method was selected as an appropriatemethod for solving this problem due to its acceptable accuracy and reasonable computational cost as well as thefact that it does not require to locate the interface To familiarize the reader with this method a relativelycomprehensive description is presented on using the dissipative particle dynamics method for simulating fluidmechanics problems After this introduction the problem of steady state deformation of a drop in simple shear flowis investigated for further familiarity with the phenomenon of drop deformation and breakup and identifying thefactors influencing it For this purpose the final drop shape and its orientation were calculated for different capillarynumbers and the results were compared with those obtained from other numerical methods as well as analyticalrelations These comparisons showed that the applied numerical method had acceptable accuracy The effects ofthe drop distance from the wall the viscosity ratio and the inertia on the drop deformation and breakup were alsoinvestigated Through simulation the similarity between the behavior exhibited by the drop and that exhibited bya mass spring damper system was demonstrated In Stokes flow the drop behavior resembles that of an overdamped system and at high Reynolds numbers the drop behavior is similar to that of an under damped system This study also simulated the phenomenon of drop breakup in simple shear flow under critical and super criticalconditions for the purpose of studying the effective factors on the final size of the drops resulting from breakup Three factors were studied shear rate of the flow the initial drop size and the viscosity ratio It was observed thatincreasing shear rate led to the decrease of the final drop size The relation between shear rate and final drop sizefor different Reynolds numbers was expressed as an exponential function with exponents 1 0 and 0 66 for theStokes flow and inviscid flow respectively Since the Reynolds numbers experienced by the drops are averagevalues the exponent in this study was calculated as 0 74 Also it was shown that the mean drop size wasproportional to the critical drop size This result is in good agreement with experimental results Upon investigatingthe effect of the initial drop size on the mean size of the drops it was revealed that this had no effect on the finalsize obtained for the drops Large viscosity ratios led to instabilities with large wavelengths as well as throat shapedregions with more volume This caused the satellite drops to become larger in this case and two major modes weredistinguished for the drop size distribution Based on the results obtained for producing monodisperse emulsions the first step would be to prepare a pre mixed mixture with different drop sizes greater than the critical size Then the final size of the drops can be controlled via applying a shear flow Also to prevent an emulsion with wide dropsize distribution fluids with viscosity ratios less than unity must be used for both the drops and their surroundingfluid Keywords Emulsion Drop Breakup Simple Shear Flow Dissipative Particle Dynamics End Pinching Capillary Instability Drop Size Distribution
استاد راهنما :
احمدرضا پيشه ور
استاد مشاور :
سعيد مرتضوي
استاد داور :
ابراهيم شيراني، محمدرضا توكلي نژاد
