بررسی عددی زمان ثابت پویایی خوشه حباب حل شده با استفاده از روش ضبط رابط از روش جریان چند فازی

Numerical investigation of the time-resolved bubble cluster dynamics by using the interface capturing method of multiphase flow approach

چکیده
مقدمه
1- رویکرد جریان چند مرحله ای
1-1 تابع کسر حجمی
1-2 مدل همگن یک سیال
2- مدل ریاضی و معادلات
2-1 معادلات حاکم بر شبیه سازی خوشه حباب
2-2 فرمول بندی و مدل دینامیک حباب
3- استراتژی عددی
3-1 گسسته سازی فضایی و زمانی
3-2 الگوریتم اتصال فشار-سرعت- چگالی
4- فروپاشی تک حباب جدا شده
5- خوشه حباب در شکل مسطح
6- خوشه حباب به شکل مکعب
7- نتیجه گیری

چکیده

این مقاله یک رویکرد جریان چند فازی برای اتخاذ دوره فروپاشی زمان ثابت خوشه های حباب در اشکال مختلف هندسی ارائه می دهد. این روش شبیه سازی برای اولین بار از طریق محاسبه رفتار پویایی یک حباب بخار ایزوله در یک فشار محیط یکنواخت بررسی شده است. مقایسه بین نتیجه عددی و راه حل تئوری نشان می دهد که این روش می تواند دقیقا شکل حباب را بگیرد، زمان مشخصه و فشار بسیار بالا نیز ناشی از فروپاشی است. سپس این روش شبیه سازی برای بررسی رفتار دو نوع خوشه حباب در اشکال هندسی شش ضلعی و مکعبی استفاده می شود. به طور کلی توالی فروپاشی پیش بینی شده و مشخصات شکل حباب ها با نتایج تجربی همخوانی دارند. حباب ها تغییر شکل پیدا کرده و از لایه بیرونی به سمت لایه های درونی شکسته می شوند. در هر لایه، ابتدا حباب های موجود در زوایا قبل از فروپاشی به شکل نخود درآمده و سوراخ می شوند، سپس حباب ها در دو طرف شروع به کوچک شدن می کنند. همچنین مشخص شده است که در مقایسه با مورد یک تک حباب ایزوله، حباب مرکزی درون خوشه همواره در مراحل اولیه آهسته تر منقبض می شود و در مرحله نهایی شدیدتر فرو می پاشند.

7- نتیجه گیری

این مطالعه یک رویکرد شبیه سازی جریان چند فازی بر اساس مدل حفره زایی همگن و روشهای عددی متناظر را برای ضبط فرایند فروپاشی زمان ثابت خوشه های حباب در اشکال هندسی مختلف اتخاذ کرده است. این روش شبیه سازی ابتدا از طریق محاسبه رفتار دینامیک یک حباب بخار ایزوله قرار گرفته در یک میدان فشار یکنواخت ثابت مورد بررسی قرار گرفته است. مقایسه بین نتیجه عددی و راه حل تئوری نشان می دهد که این روش می تواند یک ضبط دقیق برای فرایند فروپاشی، زمان مشخصه و فشار بسیار بالا ناشی از فروپاشی را ارائه دهد. روش شبیه سازی عددی سپس به منظور بررسی رفتار دو نوع خوشه حباب با اشکال هندسی شش ضلعی و مکعبی مورد استفاده قرار گرفته است. به طور کلی توالی فروپاشی پیش بینی شده و ویژگی های شکل حباب ها با نتایج تجربی مطابقت دارند. حباب ها تغییر شکل پیدا کرده و از لایه بیرونی به سمت لایه درونی می شکنند. در هر لایه، ابتدا حباب های موجود در زوایا قبل از فروپاشی به شکل یک نخود در آمده و سوراخ می شوند، سپس حباب های جانبی شروع به کوچک شدن می کنند. همچنین این نشان داده شده است که حباب مرکزی درون خوشه در مقایسه با مورد یک تک حباب جدا شده، همواره در مراحل اولیه آهسته تر منقبض شده و در مرحله نهایی به شدت فرو می پاشد.

Abstract

The present paper proposes a multiphase flow approach for capturing the time-resolved collapse course of bubble clusters in various geometrical configurations. The simulation method is first verified by computing the dynamic behavior of an isolated vapor bubble placed in a uniform ambient pressure. The comparison between the numerical result and the theoretical solution indicates that the method can accurately capture the bubble shape, the characteristic time and the extremely high pressure induced by the collapse. Then the simulation method is applied to investigate the behavior of two kinds of bubble clusters in hexagonal and cubic geometrical configurations. The predicted collapsing sequence and the shape characteristics of the bubbles are generally in agreement with the experimental results. The bubbles transform and break from the outer layer toward the inner layers. In each layer, the bubbles on the corner first change into a pea shape and cave before collapsing, then the bubbles on the sides begin to shrink. It is also found that, in comparison with the case of an isolated single bubble, the central bubble in the cluster always contracts more slowly at the early stage and collapses more violently at the final stage.

7- Conclusions

This study adopts a multiphase flow simulation approach based on the homogeneous cavitation model and its corresponding numerical methods to capture the time-resolved collapse process of the bubble clusters in various geometrical configurations. The simulation method is firstly verified by computing the dynamic behavior of an isolated vapor bubble placed in a stationary uniform pressure field. The comparison between the numerical result and the theoretical solution indicates that the method can provide an accurate capturing for the collapse process, the characteristic time and the extremely high pressure induced by the collapse. Then the numerical simulation method is applied to investigate the behavior of two kinds of bubble clusters in hexagonal and cubic geometrical configurations. The predicted collapsing sequence and the shape characteristics of the bubbles are generally in agreement with the experimental results. The bubbles transform and break from the outer layer toward the inner ones. In each layer, the bubbles on the corner first change into a pea shape and cave before collapsing, then the bubbles on the sides begin to shrink. It is also found that, in comparison with the case of an isolated single bubble, the central bubble in the cluster always contracts more slowly at the early stage and collapses more violently at the final stage.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

بررسی عددی زمان ثابت پویایی خوشه حباب حل شده با استفاده از روش ضبط رابط از روش جریان چند فازی

Numerical investigation of the time-resolved bubble cluster dynamics by using the interface capturing method of multiphase flow approach

دوز حفره زایی در پاک کننده اولتراسونیک و وابستگی آن به پارامترهای تجربی

Cavitation dose in an ultrasonic cleaner and its dependence on experimental parameters

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

دوز حفره زایی در پاک کننده اولتراسونیک و وابستگی آن به پارامترهای تجربی

Cavitation dose in an ultrasonic cleaner and its dependence on experimental parameters

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

مطالعات تجربی راجع به کاویتاسیون هوادهی شده در نازل ونتوری افقی

Experimental study of aerated cavitation in a horizontal venturi nozzle

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

مطالعات تجربی راجع به کاویتاسیون هوادهی شده در نازل ونتوری افقی

Experimental study of aerated cavitation in a horizontal venturi nozzle

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

مروری بر مطالعات مکانیزم و پیش بینی شروع کاویتاسیون گردابی نوک

A review of studies of mechanism and prediction of tip vortex cavitation inception

چکیده

مقدمه

1- مطالعه تئوری

2- مطالعه تجربی

3- شبیه سازیهای عددی

4- نتیجه گیری

چکیده

آغاز کاویتاسیون گردابی نوک (TVC) یک مسأله بسیار مهم در تحقیقات کاویتاسیون است. مطالعه مکانیزم آغاز TVC نه تنها برای پیش بینی آن لازم است، بلکه همچنین به جلوگیری یا به تأخیر انداختن رخ دادن کاویتاسیون کمک می کند. در این مقاله، پیشرفت های تحقیقی در مورد آغاز TVC شامل مطالعات نظری، تجربی و عددی که اساساً در دو دهه اخیر انجام شده اند مرور می شوند. نشان داده شده است که آغاز TVC توسط عامل های پیچیده ای نظیر کیفیت آب، فشار متوسط و فشار نوسان اثر می پذیرد. در قانون مقیاس گذاری برای تعیین آغاز TVC، همه این عوامل در نظر گرفته می شوند. برای توصیف دقیق قانون مقیاس گذاری، تحقیقات بیشتری نیاز هستند تا اثر کیفیت آب و فشار نوسانی درک شود.

4- نتیجه گیری

این مقاله پیشرفت های مطالعات آغاز و پیش بینی TVC در دو دهه اخیر را مرور می کند. قانون مقیاس گذاری که برای تعیین عدد کاویتاسیون شروع استفاده می شود انتشار یافت. قانون مقیاس گذاری اصلی برای اثر عدد رینولدز و ضریب لیفت در نظر گرفته شد. با اینحال، در نظر گرفتن دیگر عامل های پیچیده می تواند دقت قانون مقیاس گذاری را بهبود بخشد. در میان این عامل ها، اثر اندازه توزیع هسته توجه بیشتری را به ویژه در مطالعات عددی جلب کرده است. اثر عامل های دیگر مانند برهم کنش گردابی/گردابی و نوسانات آشفتگی هنوز تا مشخص شدن بسیار فاصله دارند. بهبود بیشتر قانون مقیاس گذاری می تواند بر بررسی های سیستماتیکی میدان جریان دقیق حول نوک تکیه داشته باشد. مطالعه موضوعات زیر مهم هستند: 1- اندازه گیری و محاسبات عددی کیفیت بالای جریان گردابی نوک 2- بزرگی و فرکانس نوسان فشار در جریان گردابی نوک 3- پاسخ هسته به جریان آشفته گذرای جریان حول نوک 4- رابطه بین تنش کششی و اندازه هسته.

Abstract

The inception of the tip vortex cavitation (TVC) is a very important problem in cavitation researches. The study of the mechanism of the TVC inception is not only conducive to its prediction, but also helps to suppress or suspend the occurrence of cavitation. In this paper, the research progresses on the TVC inception including theoretical, experimental and numerical studies mainly in the last two decades are reviewed. It is shown that the TVC inception is affected by complicated factors, such as the water quality, the average pressure and the fluctuating pressure. In the scaling law for the determination of the TVC inception, all these factors are considered. To precisely describe the scaling law, more investigations are needed to understand the effects of the water quality and the fluctuating pressure.

4- Conclusions

This paper reviews the progresses of studies of the inception and the prediction of the TVC in recent two decades. The scaling law, which is used to determine the inception cavitation number, is established. The basic scaling law accounts for the effect of the Reynolds number and the lift coefficient. Meanwhile, the consideration of other complicated factors might improve the accuracy of the scaling law. Among these factors, the effect of the size distribution of the nuclei attracts much attention, particularly in numerical studies. The effects of other factors such as the vortex/ vortex interaction and the turbulent fluctuation are still far from clear. Further improvement of the scaling law may rely on the systematic investigations of the detailed flow field around the tip. The following topics might be necessary to be studied: (1) The high-resolution measurement and numerical calculation of the tip vortex flow. (2) The magnitude and the frequency of the pressure fluctuation in the tip vortex flow. (3) The response of the nuclei to the transient turbulent flow around the tip. (4) The relationship between the tensile strength and the size of the nuclei.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مروری بر مطالعات مکانیزم و پیش بینی شروع کاویتاسیون گردابی نوک

A review of studies of mechanism and prediction of tip vortex cavitation inception

نورد مواد پلیمری با محدودیت های جانبی

Rolling of polymeric materials with side constraints

چکیده

1- مقدمه

2- طراحی ماشین نورد

3- آزمایش

4- نتایج

5- نتیجه‌گیری

چکیده

اغلب مشاهده می‌گردد که تغییر شکل پلاستیکی پلیمرهای کریستالی به‌خصوص در مرحله‌ی ترسیم سبب ایجاد مقادیر قابل توجهی کاویتاسیون می‌شود. کاویتاسیون می‌تواند در فرآیند نورد به‌دلیل مؤلفه‌های تراکمی فشرده شود. یک روش نوآورانه برای به‌دست آوردن مواد پلیمری با جهت‌دهی بالا استفاده از نورد تک‌جهته در یک کانال در محدوده‌ی یک نورد با یک نورد دیگر با ضخامت متناسب در عرض کانال می‌باشد. دیوارهای جانبی کانال در یک نورد باعث ایجاد محدودیت‌های جانبی می‌شوند، در حالی‌که بقیه‌ی نوردها مانند یک پیستون در قالب ناودانی عمل می‌کنند. در نورد همراه با محدودیت‌های جانبی، حفره ایجاد نمی‌گردد و این یک مزیت نسبت به نورد معمولی، فشرده‌سازی قالب ناودانی یا اکستروژن حالت جامد می‌باشد، چون این عامل امکان به‌دست آوردن پروفیل‌ها یا شکل‌های نسبتا ضخیم و بی‌نهایت بلند با سرعت پیوسته را فراهم می‌کند. مساحت سطح مقطع قابل پروفیل‌های ایجاد شده بسیار بالا می‌باشد. در این پژوهش، روند طراحی ماشین نورد شرح داده شده است. مثال‌های کمی از فرآیند نورد با نرخ 4.23 m min-1 در پلیمر آرایش‌یافته‌ی پلی‌پروپیلن (iPP) و اشکال پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE) ارائه شده است. استحکام کششی میله‌های نورد برای هر دو پلیمر در نسبت تراکم 4/5-6/6 با سطح مقطع نهایی 10-12 میلیمتر در فشار 200 MPa انجام شده است. جهت‌گیری میله‌های iPP و HDPE سبب ایجاد یک بافت بالا و قوی شده که منجر به تولید HDPE با فعالیت (100) [001]، (010) [001] و لغزش بلورهای (100) [010] می‌شود که در این بین IPP (010) [001]، (110) [001] و سیستم لغزشی (100) [001] فعال می‌باشند. علاوه بر این لغزش‌های حالت دوطرفه نیز در تخلیه مؤثر می‌باشند. ترکیبات مناسب نرخ نورد، درجه حرارت، ضخامت اولیه‌ی بار نورد و همچنین وزن مولکولی پلیمر سبب ایجاد قدرت بیشتر در میله‌ها می‌شوند.

5- نتیجه‌گیری

کاویتاسیون بر روی شکل‌دهی پلاستیک موجب کاهش جهت‌گیری مواد پلیمری شده است. تغییر شکل حفره‌ی آزاد در حالتی‌که صفحه‌ی کرنش متراکم می‌شود، موجب جهت‌گیری مواد پلیمری با قدرت بسیار بیشتر در مقایسه با جهت‌گیری مواد به‌وسیله‌ی شکل‌دهی بدون محدودیت می‌شود. تغییر شکل در حالت محدودیت جانبی موجب تحت فشار قرار دادن مواد می‌شود که در هنگام تراکم از ایجاد کاویتاسیون ناگهانی جلوگیری می‌کند، همچنین مواد ایجاد شده در این محدودیت دارای ساختار و بافت مناسبی هستند. در این پژوهش یک روش جدید برای فرآیند نورد در داخل یک کانال که شبیه به تراکم صفحه‌ی کرنش در داخل قالب ناودانی است، ارائه شده است. خواص جهت‌گیری مواد به‌وسیله‌ی یک نورد مشابه که در یک کانال متراکم تغییر شکل داده شده است، به‌دست می‌آید. مدل ارائه شده دارای یک مزیت بزرگ در مقایسه با حالت‌های تولید پیوسته‌ی جهت‌گیری مواد در طول نامحدود مانند فرآیند نورد معمولی است.

Abstract

It is often observed that the plastic deformation of crystalline polymers, especially on drawing, causes significant amount of cavitation. Cavitation can be suppressed in the process of rolling due to compressive component. An innovative method of obtaining highly oriented polymeric materials is by unidirectional rolling in a channel formed on the circumference of one roll with another roll, having the thickness matching the width of the channel. The side-walls of the channel on one roll constitute the side constraints while the other roll works like a plunger in channel-die. Rolling with side constraints is cavity-free and is advantageous over conventional rolling, channel-die compression or solid state extrusion since it gives the possibility of obtaining relatively thick and infinitely long highly-oriented shapes or profiles in a fast continuous manner. The resulting profiles can have considerably high cross-section area. The design of the rolling machine is described. Few examples of rolling with the rate 4.23 m min−1 of isotactic polypropylene (iPP) and high density polyethylene (HDPE) shapes are presented. Tensile strength of the rods rolled to the compression ratio 5.4–6.6 with final cross-section of 10–12 mm approached 200 MPa for both polymers. The oriented rods of iPP and HDPE demonstrated high and sharp texture produced in HDPE by the activity of (100) [001], (010) [001] and (100) [010] crystallographic slips while in iPP (010) [001], (110) [001] and (100) [001] slip systems were active. In addition to those slips twinning modes were active on unloading. Appropriate combination of rolling rate, temperature, initial thickness of rolled bar, as well as molecular weight of the polymer will apparently lead to rods with higher strength.

5- Conclusions

Cavitation on plastic deformation reduces greatly the strength of oriented polymeric materials. The cav ity-free deformation as the plane-strain compression leads to oriented polymeric materials with the strength much higher than the material oriented by deformation with no constraints imposed. In that deformation mode the side constraints imposed on the material during its compression help to prevent unwanted cavitation, as well as to produce material with well defined and sharp texture. The reported here new method of rolling inside a channel resembles the plane–strain compression in a channel-die. The properties of the oriented material obtained by such rolling are similar to that deformed by channel die compression. The proposed method has, however, a big advantage over the compression mode allowing continuous production of oriented material of unlimited length, similarly to conventional rolling.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

نورد مواد پلیمری با محدودیت های جانبی

Rolling of polymeric materials with side constraints

فرایندهای مدل و شاخص های کاویتاسیون برای توصیفی کمی از یک ظرف تصفیه‌ فراصوت: بخش 2- تجزیه و تحلیل داده های چندمتغیره

Model processes and cavitation indicators for a quantitative description of an ultrasonic cleaning vessel: Part II – Multivariate data analysis

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

 شاخص کاویتاسیون برای ظرف تصفیه‌ فراصوت

Model processes and cavitation indicators for a quantitative description of an ultrasonic cleaning vessel: Part II – Multivariate data analysis

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

پردازش های مدل و شاخص های کاویتاسیون برای توصیفی کمی از یک مجرای (لوله‌) تصفیه کننده‌ فراصوت (اولتراسونیک): بخش اول: نتایج تجربی

Model processes and cavitation indicators for a quantitative description of an ultrasonic cleaning vessel: Part I: Experimental results

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

پردازش های مدل و شاخص های کاویتاسیون برای توصیفی کمی از یک مجرای (لوله‌) تصفیه کننده‌ فراصوت (اولتراسونیک): بخش اول: نتایج تجربی

Model processes and cavitation indicators for a quantitative description of an ultrasonic cleaning vessel: Part I: Experimental results

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

اثر زبری سطح بر ضریب دبی و کاویتاسیون های سرریزهای اوجی با بهره گیری از مدل ‌های فیزیکی

The Effect of Surface Roughness on Discharge Coefficient and Cavitations of Ogee Spillways Using Physical Models

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

اثر زبری سطح بر ضریب دبی و کاویتاسیون های سرریزهای اوجی با بهره گیری از مدل ‌های فیزیکی

The Effect of Surface Roughness on Discharge Coefficient and Cavitations of Ogee Spillways Using Physical Models

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.