مطالعه عددي تاثير زبري سطح و تزريق حباب بر ضريب اصطكاك پوسته اي در جريان تيلور- كويت

Numerical Study of the Effect of Surface Roughness and Bubble Injection on Skin Friction in Taylor-Couette Flow

در اين تحقيق اثر زبري سطح و تزريق حباب بر ضريب اصطكاك پوسته اي و نيروي درگ هيدروديناميكي در جريان تيلور-كويت به صورت عددي مورد بررسي قرار گرفته است. جريان مورد بررسي شامل دو سيلندر هم مركز مي باشد كه سيلندر دروني متحرك و بيروني ثابت است. معادلات حاكم بر جريان شامل معادلات پيوستگي، ممنتوم، معادلات اغتشاشي و معادلات توزيع حباب در جريان مي باشد. اين معادلات براساس روش عددي حجم محدود و با استفاده از روش گسسته‌سازي بالادست مرتبه دوم حل شده‌اند. براي مدل‌سازي جريان دوفازي از روش اويلري-لاگرانژي بهره برده شده است. در تمامي حالت هاي بررسي شده، جريان آشفته و گردابه هاي تيلور در فضاي بين دو استوانه ظاهر شده اند. سيال هوا به عنوان فاز دوم به درون جريان تزريق شده است. محدوده رينولدزي كه انتخاب شده از 104 تا 105×2 مي-باشد. از يك تحقيق انجام شده به صورت تجربي براي اعتبار‌سنجي استفاده شده است. نتايج نشان دادند كه با افزايش عدد رينولدز، ضريب اصطكاك كاهش مي يابد و همچنين با كاهش زبري، نيروي درگ كاهش مي يابد.

In this research, the effect of surface roughness and bubble injection on skin friction and hydrodynamic drag force has been numerically considered. This research is based on Taylor-Couette flow. Considered flow includes two concentric cylinders which internal cylinder is movable and external is immovable. The effective equations on the flow includes: equations of momentum, continuous, turbulent and bubble distribution. These equations are based on finite volume numerical method and have been solved by second order upwind discrete method. For modeling of two-phase flow used Euler-Lagrange method. In all of observed views, turbulent flow and Taylor vortex has been revealed between spaces of two cylinders. Air flow has been injected into the flow as the second phase. Selected Reynolds range is 104 to 2 × 105 . For validation of the results an experimental study has been used. Results showed that friction coefficient will be decreased by Reynolds increasing and also, drag force will be decreased by roughness decreasing.