بررسي آزمايشگاهي صعود دنباله اي از قطرات در يك سيال لزج

Experimental Investigation on Rising of a Sequence of Drops in a Viscous Fluid

حركت و تغيير شكل يك دنباله از قطرات در حال بالاروي در آب بصورت آزمايشگاهي و با استفاده از يك كد پردازش تصاوير مطالعه شده است. بمنظور بررسي جامع بين رفتار قطره اي كه در ناحيه برخاستگي (Wake) قطره ديگر حركت مي كند و يك قطره منفرد كه آزادانه در سيالي ساكن در حال حركت است، تغيير شكل و ضرايب پساي مربوط به يك قطره منفرد و يك قطره مشخص در دنباله قطرات مورد مطالعه قرارگرفته اند. همچنين تاثير خواص غيرنيوتني مايعات بر رفتارهاي مذكور بررسي شده اند. نتايج نشان مي دهد كه افزودن ويژگي هاي ويسكوالاستيك به مايعات موجب افزايش پايداري در شكل قطرات خواهد شد. در چنين شرايطي تغيير شكل هاي قطره در حال حركت در ناحيه برخاستگي قطرات ديگر به نتايج مربوط به يك قطره منفرد نزديك خواهد بود. به-منظور دستيابي به رابطه اي منطقي براي ضريب پسا بصورت تابعي از عدد رينولدز براي قطره اي كه در دنباله حركت مي كند، از يك مدل دوبعدي برمبناي مسير حركت قطره استفاده شده است. همچنين رابطه اي تيوري براي ضريب پساي قطره بر حسب عدد رينولدز بصورت كه در آن از اثرات مربوط به تغيير شكل هاي قطره منفرد صرفنظر گرديده ارايه شده است. مقايسه مقادير واقعي ضرايب پسا با مقادير تيوري بيانگر خطايي كمتر از 25% مي باشد. همچنين مقايسه بين ضرايب پساي مربوط به يك قطره منفرد و قطره در حال حركت در يك دنباله، حاكي از آنست كه قطرات به هنگام حركت در دنباله ضرايب پساي بالاتري را تجربه مي كنند.

Motion and deformation of a sequence of drops rising through an immiscible viscous fluid (water) were studied experimentally using an image analysis method. In order to have a complete investigation between the behavior of a drop moving in the wake region of another one and a single drop moving freely in a quiescent fluid, we compared the shape evolution and the drag coefficient related to a single drop and a distinct drop in a sequence. Also, the effect of non-Newtonian characteristics on the size variation and motion of drops was studied. Results show that addition of viscoelastic characteristics to a fluid causes a more stable shape in the drop and its deformation is closer to a single drop during motion in the wake region. Besides, in order to find a reasonable correlation between drag coefficient and Reynolds number for a drop moving in sequence, we used a two dimensional model based on drop trajectory. In addition, a theoretical correlation in the form was proposed by neglecting the effect of size variations of a single drop and it caused an error lower than 25% in comparison to real values. Comparison between drag coefficients of a single drop and a sequence of drops revealeddrops experience higher values of drag coefficient during the motion in sequence.