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.
Download
Report
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