Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

Przepływ burzliwy z dodanymi polimerami

Sposób, w jaki płyny przechodzą w stan burzliwy, jest niezwykły oraz niesie ze sobą istotne implikacje biologiczne, środowiskowe i technologiczne. Ważne jest, aby móc go przewidywać i kontrolować.
Przepływ burzliwy z dodanymi polimerami
Większość zaawansowanych technik badań nad przejściem skupia się na przechodzeniu w stan turbulencji cieczy newtonowskich. W badaniach tych pomija się ciecze złożone, czyli nienewtonowskie, które są podstawą procesów stosowanych w przemyśle farmaceutycznym, gazowo-naftowym i papierniczym. Długie cząsteczki polimerów dodane do cieczy sprawiają, że staje się ona elastyczna i może "zapamiętywać" naprężenia zależne od historii odkształceń.

W projekcie NNJETS (Stability of non-Newtonian jets and implications for the onset of turbulence) wykorzystano bezpośrednie symulacje numeryczne do zbadania drugorzędnej niestabilności prądów i przejście do stanu burzliwego w lepkosprężystym przepływie Couette'a. Lepkosprężystość zmodelowano przy pomocy równań konstytutywnych FENE-P, a ponadto modyfikowano zarówno stężenie polimeru, jak i liczbę Weissenberga, aby ocenić ich wpływ na przejście przy umiarkowanej liczbie Reynoldsa, Re=400.

Prądy podstawowe otrzymano na podstawie nieliniowych symulacji przepływu Couette'a w reakcji na współprądowy wir. Wzrost prądów w cieczach newtonowskich i nienewtonowskich wynika głównie z wirowości podłużnej. Jednakże, moment obrotowy wywierany przez polimery zgodnie z kierunkiem podłużnym jest przeciwny do wirowości, zmniejszając wzrost prądów przy dużej liczbie Weissenberga.

Przy każdej danej amplitudzie prądu wprowadzono tłoczenie harmoniczne w celu wywołania drugorzędnej niestabilności i rozpadu do turbulencji. Przy niskiej liczbie Weissenberga amplituda krytyczna tego tłoczenia ulegała zmniejszeniu, natomiast przy dużej liczbie Weissenberga zwiększała się. W przypadku amplitud niskich prądów amplituda krytyczna zwiększa się dużo bardziej niż w przypadku amplitud dużych prądów.

Zachowanie to wyjaśniają dwa różne mechanizmy wywoływania przejścia w stan turbulencji, działające przy niskich i wysokich amplitudach. W przypadku niskich amplitud przejście uruchamiane jest przez dwuetapowy mechanizm. Prądy są najpierw zniekształcane przez sinusoidalną perturbację, ale po krótkim czasie osiągają maksymalną energię i powracają do stanu bliskiego stabilnemu. Ostatecznie osiągają wyższą amplitudę i rozpadają się na turbulencję. Normalna wirowość odgrywa podstawową rolę w tym drugim etapie wzrostu i rozpadu.

Przy dużej liczbie Weissenberga moment obrotowy polimerów wzdłuż normalnego kierunku zwrócony jest przeciwnie do wirowości, utrudniając przejście. Zwiększenie stężenia polimerów spowodowało wyraźny spadek amplitudy krytycznej tłoczenia przy każdej analizowanej amplitudzie prądu.

Powiązane informacje

Słowa kluczowe

Przepływ burzliwy, ciecz nienewtonowska, NNJETS, turbulencja, przepływ Couette'a, amplituda prądów
Numer rekordu: 188689 / Ostatnia aktualizacja: 2016-10-18
Dziedzina: Technologie przemysłowe
Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę