شبيه‌سازي CFD-DEM سيال مگنتورئولوژيكال به منظور پيش‌بيني خواص رئولوژيكي آن

كارشناسي ارشد

سيالات مگنتورئولوژيكال، سوسپانسيون­هاي پيچيده­اي هستند كه در اثر اعمال ميدان مغناطيسي، يك حالت گذرا از رفتار مايع به رفتار جامد، از خود نشان مي­دهند. اين حالت گذرا ناشي از نيرو­هاي جاذبه دوقطبي-دوقطبي بين ذرات است، كه در اثر اعمال ميدان، خاصيت مغناطيسي پيدا كرده­اند. تشكيل ساختارهاي ذره­اي درون سوسپانسيون، پديده اصلي است كه ميزان تغيير خواص رئولوژيكي را كنترل مي­كند. شبيه­سازي سيالات مگنتورئولوژيكال همواره مورد توجه محققان بوده است. در مطالعات اخير، به منظور درك عميق­تر رفتار اين سيالات در شرايط تحت برش، گرايش به شبيه­سازي­هاي مقياس ذره­ي آن‌ها افزايش يافته است؛ روش­هايي كه در آن‌ها، پديده­هاي اصلي جريان سيالات مگنتورئولوژيكال، يعني ديناميك ذرات، نيروهاي مغناطيسي بين آن­ها و هيدروديناميك سيال پايه، گنجانده شده­است. روش DEM-CFD يكي از اين روش­هاست كه در آن، ديناميك ذرات به وسيله­ي DEM و معادلات جريان سيال نيز از يكي از تكنيك‌هاي CFD مورد تجزيه و تحليل قرار مي­گيرد؛ در اين پژوهش ديدگاه LBM، به عنوان يكي از تكنيك‌هاي CFD، به همراه مدل­سازي برهمكنش ميان دوقطبي­ها مورد استفاده قرار گرفت و براي اولين بار به منظور شبيه­سازي سيالات مگنتورئولوژيكال و تجزيه و تحليل­هاي رئولوژيكي به كار برده شد. برخورد ذرات به كمك مدل تماس هرتز و نيروهاي مغناطيسي به­وسيله­ي مدل دوقطبي ثابت، براي سيالي متشكل از 15 درصد حجمي ذرات مغناطيسي آهن كربنيل درون روغن سيليكون، به كمك نرم‌افزار LAMMPS شبيه­سازي شد. شكل‌گيري‌هاي ميكروساختاري ذرات در حضور ميدان و تحت اعمال نيروي برشي بررسي شد. تشكيل كامل ستون‌هاي ذرات در راستاي ميدان kA/m73، در مدت 30 ميلي ثانيه انجام شد و آرايش نهايي تابعيت چنداني از شدت ميدان نداشت. در نرخ برش‌هاي بالا، با توجه به شدت ميدان اعمالي ساختاري صفحه‌اي شكل مشاهده شد. همچنين توزيع سرعت در شدت ميدان بالا به سمت تخت شدن ميل كرد. با توجه به اين پروفيل سرعت و هم‌چنين مؤلفه‌ي هيدروديناميكي تنش برشي در نرخ برش‌هاي بالا، وجود يك روش براي حل معادلات جريان سيال را ضروري مي‌كند. نتايج رئولوژيكي در نرخ برش‌هاي تا 1000 بر ثانيه و براي ميدان‌هاي 36، 73 و 109 كيلوآمپر بر متر، در مقايسه با داده‌هاي آزمايشگاهي خطاي قابل قبول 51/15 درصد را به دست داد.

189901

دانشگاه علم و صنعت ايران

شيمي

دكتر سيد حسن هاشم‌آبادي