شبيه‌سازي يك قطره تحت اثر ميدان الكتريكي در اعداد رينولدز الكتريكي محدود

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

پژوهش‌هاي عددي در زمينه الكتروهيدروديناميك در سال‌هاي اخير، به ويژه براي جريان‌هاي چندفازي، پيشرفت چشمگيري داشته است. اين پديده، كه كاربردهاي متعددي در حوزه‌هاي مختلف دارد، با ادغام هيدروديناميك و الكترواستاتيك مورد توجه قرار مي‌گيرد. اين مطالعه به شبيه‌سازي يك قطره تحت يك ميدان الكتريكي، با تمركز بر اعداد رينولدز الكتريكي محدود مي‌پردازد. با استفاده از شبيه‌سازي‌هاي سه‌بعدي، اين تحقيق از روش اختلاف محدود / تعقيب جبهه براي مدل‌سازي سيستم دوفازي استفاده مي‌كند. اين بررسي دو عدد رينولدز را شناسايي مي‌كند كه براي توزيع قطرات و ديناميك جريان در كانال مهم هستند. عدد رينولدز اول (Re_1) بر اساس چگالي سيال و سرعت مشخصه‌اي كه توسط شدت ميدان الكتريكي تعديل مي‌شود، فرمول‌بندي مي‌شود. در همين حال، عدد رينولدز دوم (Re_2) با هدايت و نفوذپذيري ماتريس سيال تعريف مي‌شود. ايجاد يك ميدان الكتريكي مستلزم تحميل يك اختلاف‌پتانسيل است كه در آن نيروي الكتريكي حاصل محاسبه‌شده و در معادلات ناوير-استوكس ادغام مي‌شود. اين نيرو، مشروط به خواص الكتريكي هر دو قطره و سيال محيط، تغييرات مورفولوژيكي را ايجاد مي‌كند كه به آن شكل آبليت (عمود بر ميدان الكتريكي) يا شكل پروليت(در راستاي ميدان الكتريكي) مي‌گويند. اثربخشي اين رويكرد از طريق مقايسه و اعتبارسنجي در برابر داده‌هاي موجود ارزيابي مي‌شود. پس از آن، پاسخ قطره به ميدان الكتريكي، به‌ويژه در مورد ماهيت تغيير شكل آن موردبررسي قرار مي‌گيرد. در مورد قطرات دي‌الكتريك، افزايش ميدان الكتريكي فراتر از يك مقدار بحراني مي‌تواند باعث شود كه قطره به‌طور خودبه‌خود شروع به چرخش كند و يك‌شكل كج ثابت به خود بگيرد. اين پديده تقارن شكن، به نام چرخش كويينك، به دليل عمل گشتاور الكتريكي سطحي كه با گشتاور چسبندگي در قطره مقابله مي‌كند، ايجاد مي‌شود و باعث چرخش ثابت در ميدان‌هاي به‌اندازه كافي قوي مي‌شود. يافته‌هاي شبيه‌سازي‌هاي ما به‌خوبي با داده‌هاي تجربي و تئوري‌هاي مربوط به تغيير شكل‌هاي كوچك مطابقت دارد و سپس رفتار قطره در ميدان الكتريكي ازنظر نوع تغيير شكل بررسي‌شده است.

227404

تبديل انرژي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان