موضوع: شبیه‌سازی یک قطره تحت اثر میدان الکتریکی در اعداد رینولدز محدود
ارائه دهنده: ایمان یاعلی جهرمی
استادان راهنما: دکتر سعید مرتضوی
استادان مشاور: دکتر احمدرضا پیشه ور
استادان داور: دکتر رامین کوهی کمالی-دکتر محسن ثقفیان
چکیده:
پدیده قطره تحت الکتروهیدرودینامیک یک چالش سنتی مکانیک سیالات را نشان می‌دهد که شامل ایجاد تغییر شکل‌ها و حرکات ریزمقیاس از طریق استفاده از یک میدان الکتریکی خارجی است. این مطالعه به شبیه‌سازی یک قطره تحت یک میدان الکتریکی، با تمرکز بر اعداد رینولدز الکتریکی محدود می‌پردازد. با استفاده از شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی، این تحقیق از روش اختلاف محدود / تعقيب جبهه برای مدل‌سازی سیستم دوفازی استفاده می‌کند. این بررسی دو عدد رینولدز را شناسایی می‌کند که برای توزیع قطرات و دینامیک جریان در کانال مهم هستند. عدد رینولدز اول (
) بر اساس چگالی سیال و سرعت مشخصه‌ای که توسط شدت میدان الکتریکی تعدیل می‌شود، فرمول‌بندی می‌شود. در همین حال، عدد رینولدز دوم (
) با هدایت و نفوذپذیری ماتریس سیال تعریف می‌شود. ایجاد یک میدان الکتریکی مستلزم تحمیل یک اختلاف‌پتانسیل است که در آن نیروی الکتریکی حاصل محاسبه‌شده و در معادلات ناویر-استوکس ادغام می‌شود. این نیرو، مشروط به خواص الکتریکی هر دو قطره و سیال محیط، تغییرات مورفولوژیکی را ایجاد می‌کند که به آن شکل آبلیت (عمود بر میدان الکتریکی) یا شکل پرولیت(در راستای میدان الکتریکی) می‌گویند. اثربخشی این رویکرد از طریق مقایسه و اعتبارسنجی در برابر داده‌های موجود ارزیابی می‌شود. پس از آن، پاسخ قطره به میدان الکتریکی، به‌ویژه در مورد ماهیت تغییر شکل آن موردبررسی قرار می‌گیرد. در مورد قطرات دی‌الکتریک، افزایش میدان الکتریکی فراتر از یک مقدار بحرانی می‌تواند باعث شود که قطره به‌طور خودبه‌خود شروع به چرخش کند و یک‌شکل کج ثابت به خود بگیرد. این پدیده تقارن شکن، به نام چرخش کویینک، به دلیل عمل گشتاور الکتریکی سطحی که با گشتاور چسبندگی در قطره مقابله می‌کند، ایجاد می‌شود و باعث چرخش ثابت در میدان‌های به‌اندازه کافی قوی می‌شود. یافته‌های شبیه‌سازی‌های ما به‌خوبی با داده‌های تجربی و تئوری‌های مربوط به تغییر شکل‌های کوچک مطابقت دارد و سپس رفتار قطره در میدان الکتریکی ازنظر نوع تغییر شکل بررسی‌شده است.
