اثر پارامترهاي بي بعد در چرخش داخلي قطره دو بعدي در جريان دو فازي

Effect of Nondimensional Parameters On the Internal Circulation of a Liquid dro‎p Moving with the Surrounding Gas

اين مقاله نتايج شبيه سازي چگونگي جريان در داخل و خارج قطره اي كه توسط جريان سيال اطراف به در حركت آمده است را ارائه مي كند. به علت تغيير شكل و محل قطره، كليۀ محاسبات يك جريان دوفازي در محدودۀ عدد ماخ پايين به صورت دقيق نسبت به زمان محاسبه مي شود. ميدان جريان داخل و خارج قطره در دو حالت بررسي شده است. اول قطره اي كه به علت حركت سيال اطراف به حركت در مي آيد، و به آن قطرۀ همراه جريان مي گويند. دوم قطره اي كه به علت نيرويي مانند ثقل در سيال ساكن در حال حركت بوده و در واقع در مقابل جريان مقاومت مي كند، و به آن قطرۀ مقابل جريان مي گويند. در اين مقاله نشان داده شده است كه عامل اصلي چرخش در داخل قطره وجود تنش برشي، كه خود ناشي از اختلاف سرعت قطره با جريان اطراف است، خواهد بود. در قطرۀ مقابل جريان كه نيروي برشي مداوم بر روي سطح قطره اعمال مي شود.، گردابۀ كاملاً بزرگي ايجاد خواهد شد به طوري كه ميدان جريان گاز اطراف را نيز متاثر كرده و نقطۀ جدايش كاملاً به تعويق مي افتد. ليكن در قطرۀ همراه جريان ابتدا به علت وجود تنش برشي چرخش ايجاد شده و سپس از بين مي رود. عوامل موثر در ميرايي چرخش نيري لزجت و تغيير شكل هستند. با كم شدن عدد رينولدز گاز و مايع نيروي لزجت زياد شده و چرخش با سرعت بيشتري ميرا خواهد شد. از طرف ديگر با افزايش عدد وبر تغيير شكل افزايش يافته و چرخش داخل قطره را از بين مي برد.

The internal flow circulation dynamics of a liquid drop moving in a co- or counter-flowing gas stream has been numerically studied. The present work is concerned with the time accurate numerical solution of the two phase flow field at the low Mach number limit with an appropriate volume tracking method to capture motion and deformation of a liquid drop. It is shown that relative velocity between gas and liquid and the parameters controlling the deformation of the drop have the strongest influence on its internal circulation, too. The effects of the liquid Weber number, ranging from 8 to 32, and of gas stream Reynolds number, ranging from 1 to 20 are studied. It was revealed that the largest and the most lasting internal circulation are observed in drops with small deformation in high Reynolds number gas streams. In the case of counter-flowing gas stream, there is a strong internal circulation inside the liquid drop. The locations of the gas separation points on the drop are strongly influenced by the internal circulation of the drop, resulting in a complex wake dynamics.