Graduate Theses GRI-2017-18878

Title:Υπολογιστική μελέτη της ροής μη-Νευτωνικών ρευστών σε μ-αγωγό με διαμόρφωση
Computational study of a non-Newtonium fluid flow in a μ-channel containing a flow disturbing vib
Authors:Χατζηελευθερίου Βασίλειος-Αλέξανδρος
Department: Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Πολυτεχνική Σχολή, Τμήμα Χημικών Μηχανικών
Language:Greek
Physical Description:58 p.
Publ. Date:2017
Abstract:Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της ροής μη-Νευτωνικών ρευστών (τα οποία ακολουθούν το μοντέλο Casson) μέσα σε έναν μ-αγωγό τετραγωνικής διατομής με εμπόδιο. Τελικός στόχος της εργασίας είναι η διερεύνηση της επίδρασης που έχει η μη-Νευτωνική συμπεριφορά των ρευστών και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του εμποδίου στο μήκος ανακυκλοφορίας μετά το εμπόδιο, καθώς και η διατύπωση ενός γενικευμένου συσχετισμού για την πρόβλεψή του. Χρησιμοποιήθηκε ένας ήδη επικυρωμένος κώδικας Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής (CFD) (ANSYS CFX 15.0) για τις προσομοιώσεις και τη μελέτη της επίδρασης των κύριων σχεδιαστικών παραμέτρων στα χαρακτηριστικά της ροής. Για τη μελέτη αυτή, πραγματοποιήθηκε μια παραμετρική μελέτη κάνοντας χρήση της τεχνικής Σχεδιασμού Πειραμάτων (Design of Experiments, DOE) και της Μεθοδολογίας Επιφάνειας Απόκρισης (Response Surface Methodology, RSM). Διερευνήθηκαν εκτενώς τα χαρακτηριστικά της ροής των μη-Νευτωνικών ρευστών καθώς και των αντίστοιχων Νευτωνικών σε τέτοιες γεωμετρίες. Προέκυψε πως όταν ο αριθμός Reynolds είναι μικρότερος του 50, μπορεί να παρατηρηθεί σημαντική μείωση του μήκους ανακυκλοφορίας (μέχρι και 35%) κατά τη ροή του μη-Νευτωνικού ρευστού σε σχέση με ένα αντίστοιχο Νευτωνικό. Επιπλέον, επιβεβαιώθηκε ότι το μήκος ανακυκλοφορίας εξαρτάται κυρίως από τον αριθμό Re και το ύψος του εμποδίου, ενώ το μήκος του εμποδίου επηρεάζει σε πολύ μικρό βαθμό. Τέλος, βάσει των αποτελεσμάτων, προτείνονται δυο νέοι συσχετισμοί, οι οποίοι είναι σε θέση να προβλέψουν με σημαντική ακρίβεια (± 15%) τον μέσο ρυθμό διάτμησης στην κάτω περιοχή ανακυκλοφορίας, καθώς και το μήκος ανακυκλοφορίας για σχετικά μικρούς αριθμούς Re.

The purpose of this work is to study the flow of Non-Newtonian fluids (following the Casson model) around a flow-disturbing rib in a rectangular microchannel. We aim to investigate the effect of the non-Newtonian behavior of the fluids on the size of the bottom reattachment length of the primary recirculation zone developed downstream from the rib and its geometrical characteristics and propose a correlation for the prediction of the reattachment length. A validated CFD code was employed for investigating the effect of the key design parameters on the flow characteristics by performing a parametric study based on the Design of Experiments (DOE) and the Response Surface Methodology (RSM). The fluid flow characteristics concerning the non-Newtonian fluids and their corresponding Newtonian ones have been posed under investigation. It has been found that for Reynolds numbers lower than 50, significant decrease of the reattachment length (i.e. up to 35%) can be observed for the non-Newtonian fluid. It was also confirmed that the recirculation length is affected mainly by the Re value and the rib height, while the effect of the rib length has been found to be very minimal. Based on our results two new correlations, which can predict with reasonable accuracy (± 15%) the average shear rate within the bottom recirculation zone and its length for relatively low Re numbers, are proposed.
Supervisor:Παράς, Σπυρίδων
Keywords:Flow disturbing ribs in μ-channels, non-Newtonian Fluid, Computational study, Διαμόρφωση σε μ-αγωγούς, Υπολογιστική Μελέτη, Μη-Νευτωνικό ρευστό
Related files:Fulltext: PDF File with license Δείτε την σχετική άδεια κάνοντας κλικ εδώ!


 Record created 2017-03-20, last modified 2017-03-20


Fulltext:
Download fulltext
PDF File
with license:Δείτε την σχετική άδεια κάνοντας κλικ εδώ!