Transcript Μοντελοποίηση Συστημάτων Σωματιδίων – Ρευστών σε Παραμορφώσιμους Σωλήνες Βασίλης Γκανής Φεβρουάριος 2009 Εργαστήριο Θερμοϋδραυλικής και Πολυφασικών Ροών Εθνικό Κέντρο Έρευνας Φυσικών Επιστημών ‘Δημόκριτος’ Thermal Hydraulics & Multiphase Flow Laboratory.

Μοντελοποίηση Συστημάτων
Σωματιδίων – Ρευστών σε
Παραμορφώσιμους Σωλήνες
Βασίλης Γκανής
Φεβρουάριος 2009
Εργαστήριο Θερμοϋδραυλικής και Πολυφασικών Ροών
Εθνικό Κέντρο Έρευνας Φυσικών Επιστημών ‘Δημόκριτος’
Thermal Hydraulics &
Multiphase Flow
Laboratory
Ροή Πάνω Από Gel σε Μικρούς Αριθμούς Reynolds
Άκαμπτα Τοιχώματα
Παραμορφώσιμα Τοιχώματα
Vw
Vw
Ρευστό
Ρευστό
Vx z
Παραμορφώσιμο Υλικό (Gel)
 Θερμικές/Μηχανικές διαταραχές δημιουργούν κύματα στη διεπιφάνεια
 Η ροή μπορεί να μεγεθύνει το ύψος των επιφανειακών διαταραχών
 Εμφάνιση πολύπλοκης ροής

Μπορεί να επηρεάσει το ρυθμό μεταφορά θερμότητας/μάζας

Μπορεί να μεταβάλει την τιμή των stresses στο gel
Thermal Hydraulics &
Multiphase Flow
Laboratory
Πειραματικά Δεδομένα: Ροή πάνω από Gel
Πειράματα: R. Muralikrishnan and V. Kumaran , Phys. Fluids, 14, 775 (2002)
Χρόνος
μ (Pa s)
Shear stress
Στερεό: Polyacrylamide gel
Ρευστό: Silicon oil
Μετάβαση σε πολύπλοκη ροή
Άκαμπτο τοίχωμα
γ˙
(1/s)
Thermal Hydraulics &
Multiphase Flow
Laboratory
Πιθανές Εφαρμογές
 Microfluidic Devices

Η ροή είναι σε μικρούς αριθμούς Reynolds

Δύσκολη ανάμειξη

Παραμορφώσιμα τοιχώματα μπορούν να βοηθήσουν στην ανάμειξη
 “Δέρμα” Καρχαρία

Αύξηση του αριθμού Reynolds για τη μετάβαση σε τυρβώδη ροή

Μείωση της αντίστασης (Drag Force)

Μείωση των απαιτούμενων καυσίμων ή αύξηση της ταχύτητας
 Coating/Polymer processing
Ροή ρευστού πάνω από “μαλακό” στρώμα στερεού
 Ροή ρευστών στο ανθρώπινο σώμα
Ροή σε παραμορφώσιμους σωλήνες
Thermal Hydraulics &
Multiphase Flow
Laboratory
Πρόβλημα: Ροή σε Παραμορφώσιμο Σωλήνα
V(z,y)
Ρευστό
Vo
Παραμορφώσιμος Σωλήνας
Ρευστό
Παραμορφώσιμος Σωλήνας
• Ασυμπίεστο
• Νευτώνιο
• Ασυμπίεστος
• Ελαστικός
• Neo-Hookean Υλικό
Είσοδο: Ταχύτητα Vο, plug flow
Η διατομή της εισόδου και της εξόδου δεν παραμορφώνεται
Thermal Hydraulics &
Multiphase Flow
Laboratory
Μεθοδολογία
Αρχικές συνθήκες, Αρχική γεωμετρία
Επίλυση του πεδίο ροής (Π. Νεοφύτου)
Υπολογισμός των δυνάμεων πάνω στη διεπιφάνεια
Παραμόρφωση του σωλήνα
Υπολογισμός νέας θέσης της διεπιφάνειας
Σύγκλιση λύσης; Ναι
Όχι
Εκτύπωση λύσης
Thermal Hydraulics &
Multiphase Flow
Laboratory
Αποτελέσματα
Ροή σε άκαμπτο σωλήνα
Ροή σε παραμορφώσιμο σωλήνα
Thermal Hydraulics &
Multiphase Flow
Laboratory
Ροή Αίματος σε Μηχανική Καρδιά
J.M.A. Stijnena, J. de Hartb, P.H.M. Bovendeerda, F.N. van de Vosse,
Ρευστό: 36% κ.ο γλυκερίνη, Re=750
Journal of Fluids and Structures, 19, 835 (2004)
V
γλώχινα
(leaflet)
Προφίλ Ταχύτητας, V
Η γλώχινα(leaflet) της βαλβίδας
δεν παραμορφώνεται
Thermal Hydraulics &
Multiphase Flow
Laboratory
Μελλοντική Δουλειά: Ροή σε Μηχανική Καρδιά
Η γλώχινα της βαλβίδας θα μπορεί να παραμορφωθεί και να καμφθεί
Thermal Hydraulics &
Multiphase Flow
Laboratory
Mesh Generation: Pseudo Solid Approach
Thermal Hydraulics &
Multiphase Flow
Laboratory
Ευχαριστούμε !
Thermal Hydraulics &
Multiphase Flow
Laboratory