جلسه دفاع پایان‌نامه کارشناسی ارشد (آقای رضا زاهدی)
موضوع: شبیه سازی عددی دو بعدی امولسیون قطرات درون کانال تحت اثر میدان الکتریکی یکنواخت با در نظر گرفتن زمان استراحت بار الکتریکی
ارائه دهنده: رضا زاهدی
استادان راهنما: دکتر سعید مرتضوی
استادان مشاور: دکتر احمدرضا پیشه‌ور
استادان داور: دکتر محمود اشرفی‌زاده، دکتر محمدرضا سلیم‌پور
چکیده:
الکتروهیدرودینامیک یک پدیدهی بین رشته‌ای است که با کوپل کردن هیدرودینامیک و الکترواستاتیک سر و کار دارد. به عبارت دیگر، هم جریان‌های الکتریکی شامل هیدرودینامیک و هم جریان‌های هیدرودینامیکی تحت تاثیر میدان‌های الکتریکی را در بر می‌گیرد.
به لحاظ فیزیکی هنگامی که یک سیال تحت اثر میدان الکتریکی قرار می‌گیرد، دو اثر ممکن است در آن رخ دهد؛ یکی قطبیده‌شدن ملکول‌های سیال و دیگری مهاجرت اهمی الکترون‌ها یا یون‌های آزاد در سیال. بنابراین در نگاه اول، رفتار الکتریکی سیالات به عایق کامل و رسانای کامل محدود می‌شود. سیال عایق کامل، سیالی بدون یون یا الکترون آزاد است و فقط اثر قطبش در آن اتفاق می‌افتد. سیال رسانای کامل، به سیالی اطلاق می‌شود که هدایت‌پذیری آن به حد کافی زیاد است تا بتوان تنها عامل انتقال بار را هدایت اهمی در نظر گرفت.
بیشتر مایعات توانایی حل کردن ناخالصی‌ها به‌وسیله تشکیل پیوند یونی را دارند. بنابراین رسانایی اندکی دارند و نمی‌توان آن‌ها را عایق کامل درنظرگرفت. به همین دلیل، این سیالات در گستره سیالات رسانا در نظر گرفته می‌شوند.
در مکانیک سیالات، جریان چندفازی به جریانی از مواد گفته می‌شود که به‌طور هم‌زمان بیش از دو فاز ترمودینامیکی در آن وجود داشته باشد. این فازها ممکن است که ترکیب شیمیایی یکسانی داشته باشند. اکثر پدیده‌هایی که در مهندسی با آن‌ها مواجه هستیم شامل جریان‌های چندفازی هستند. فازها توسط سطح مشترک از یکدیگر جدا می‌شوند. فرایندهایی مانند جوشش و چگالش زیرمجموعه جریان‌های چندفازی هستند.
در جریان‌های چندفازی، نیروی بویانسی برای شرایط کاربردی وسیعی حاکم است. در جاذبه‌ی میکرو، نیروی بویانسی ضعیف بوده و نیروی کشش سطحی شاخصترین نیرو خواهد بود. بنابراین نیروهای ترموکپیلاری ، آکوستیکی و الکترواستاتیکی می‌توانند باعث جریان یافتن سیال و تغییر شکل سطح مشترک شوند. در این میان، اثر نیروهای الکتریکی بر رفتار جریان‌های چندفازی به عنوان شاخه‌ای از الکتروهیدرودینامیک، در سال‌های اخیر مورد مطالعه‌ی محققین زیادی بوده است.
مسئله مورد بررسی تاثیر میدان الکتریکی بر روی جریان دوفازی است. در نتیجه مسئله مورد نظر زیرمجموعه مسائل الکتروهیدرودینامیک میباشد. چالش های اصلی پیش روی مسئله، دنبال کردن سطح مشترک فازها و همچنین کوپل کردن معادلات الکترواستاتیکی و هیدرودینامیکی هستند.
در این پژوهش یک امولسیون از قطرات به‌وسیله شبیه‌سازی عددی مورد بررسی قرار گرفته است. از روش اختلاف محدود / تعقیب جبهه، برای شبیه‌سازی محیط دوفازی استفاده شده است. دو عدد رینولدز در مساله وجود دارد که بر توزیع قطرات و میزان جریان داخل کانال تاثیرگذار هستند. در پژوهش حاضر شبیه‌سازی‌ها به‌صورت دو بعدی انجام شده است. معادله بقای بار به فرم کامل در روش عددی اعمال شده است. بنابراین، فرض شبه استاتیکی برای معادله بقای بار وجود ندارد. به ازای مقادیر کوچک Re2 تغییر شکل و شکل قطرات با تئوری تیلور مطابقت دارد. با این حال، تغییر شکل قطره به ازای مقادیر بزرگ Re2
از تئوری منحرف می‌شود. مشخص شد که به ازای مقادیر کوچک Re2
هنگامی که قطرات به‌صورت آبلیت هستند، قطرات در نواحی نزدیک دیواره‌ها تجمع پیدا می‌کنند. با افزایش Re1
، پیوند بین قطرات قوی‌تر شده و شکستن زنجیره‌ها سخت‌تر می‌شود. افزایش Re1
موجب کاهش دبی حقیقی درون کانال می‌شود. به ازای مقادیر بزرگ برای Re2
، قطرات به شکل پرولیت در آمده و زنجیره‌های پایداری را درون کانال تشکیل می‌دهند. با افزایش مقدار Re2
، دبی حقیقی کاهش می‌یابد. افزایش کپیلاری الکتریکی (Cae
)، موجب افزایش دبی حقیقی جریان می‌شود.