تجزیه وتحلیل عددی جریان تیلور - کوئت

دراین مقاله جریان میان دو استوانه هم محور که یکی و یا هردو آنها حرکت دورانی دارند و جریان تیلور – کوئت نامیده میشود، بررسی شده است. پارامترهای کنترل کننده الگوی جریان عبارتند از نسبت شعاع h=rt/r0 و عدد رینولدز استوانه داخلی Re= riWid/v که در آن ri شعاع استوانه داخلی r0 شعاع استوانه خارجی، WI سرعت دورانی استوانه داخلی، d=r0-ri فاصله بین دو استوانه و v لزجت سینماتیکی سیالی که فضای بین دو استوانه را پر کرده است. اولین مطالعه جدی در تعیین حدود پایداری و بررسی میدان سه بعدی سرعت و تشکیل گردابه ها در جریان تیلور – کوئت توسط G.I.Taylor در سال 1923 به کمک تئوری پایداری خطی انجام شده است. در این جریان درحالتی که استوانه داخلی متحرک و استوانه خارجی ثابت باشد، یک عدد رینولدز بحرانی برای استوانه داخلی وجود دارد . در اعداد رینولدز کوچکتر از این مقدار بحرانی، یک جریان برشی خالص به وجود می آید، اما با افزایش عدد رینولدز و گذر از عدد رینولدز، بحرانی ، جریان سیال ناپایدار شده و گردابه هایی سه بعدی در جریان پدید می آیند. این گردابه ها باعث انتقال اندازه حرکت در فضای بین دو سیلندر می شود. دو مدل هندسی با دو نسبت شعاع 0/5 و 0/66 ساخته و در سرعتهای مختلف دورانی استوانه داخلی تحلیل شده اند. پیدایش و ساختار گردابه ها که در صفحات عمود بر محور دوران و صفحات موازی با آن دیده می شوند، مطالعه شده است. ملاحظه شد که اگر عدد رینولدز جریان کمتر از عدد رینولدز مربوط به نسبت شعاع استفاده شده باشد، هیچ گردابه ای در جریان به وجود نمی اید (جریان کوئت بین دو استوانه). در حالتی که عدد رینولدز بیش از عدد رینولدز بحرانی باشد، گردابه هایی در صفحات عمود و موازی با محور دوران به وجود می آیند. برای حل معادلات حاکم بر جریان از روش حجمهای محدود و برای محاسبه میدان فشار و سرعتهای از الگوریتم SIMPLE استفاده شده است. در نزدیکی دیواره هر دو استوانه، تنش برشی ماکزیمم مقدار خود را دارد و با نزیک شدن به میانه فاصله دو استوانه، مقدار تنش برشی کم میشود.

کلیدواژه ها:

جریان تیلور کوئت ، گردابه های تیلور ، ناپایداری جریان ، استوانه چرخان