Μοντελοποίηση Συστημάτων Σωματιδίων – Ρευστών σε...

Thermal Hydraulics & Multiphase FlowLaboratory

Μοντελοποίηση Συστημάτων Σωματιδίων – Ρευστών σε

Παραμορφώσιμους Σωλήνες

Βασίλης Γκανής

Φεβρουάριος 2009

Εργαστήριο Θερμοϋδραυλικής και Πολυφασικών Ροών

Εθνικό Κέντρο Έρευνας Φυσικών Επιστημών ‘Δημόκριτος’


Ροή Πάνω Από Gel σε Μικρούς Αριθμούς Reynolds

Παραμορφώσιμο Υλικό (Gel)

Ρευστό

V w

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

V w

V x z

Άκαμπτα Τοιχώματα

Ρευστό

Παραμορφώσιμα Τοιχώματα


Πειραματικά Δεδομένα: Ροή πάνω από GelΠειράματα: R. Muralikrishnan and V. Kumaran , Phys. Fluids, 14, 775 (2002)

μ (

Pa

s)

γ̇ (1/s)

She

ar s

tres

s

Χρόνος

Στερεό: Polyacrylamide gel Ρευστό: Silicon oil

Άκαμπτο τοίχωμα

Μετάβαση σε πολύπλοκη ροή


Πιθανές Εφαρμογές Microfluidic Devices

Η ροή είναι σε μικρούς αριθμούς Reynolds

Δύσκολη ανάμειξη

Παραμορφώσιμα τοιχώματα μπορούν να βοηθήσουν στην ανάμειξη

“Δέρμα” ΚαρχαρίαΑύξηση 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


Πρόβλημα: Ροή σε Παραμορφώσιμο Σωλήνα

Vo Ρευστό

Παραμορφώσιμος Σωλήνας

V(z,y)

Ρευστό• Ασυμπίεστο• Νευτώνιο

Παραμορφώσιμος Σωλήνας• Ασυμπίεστος• Ελαστικός• Neo-Hookean Υλικό

Είσοδο: Ταχύτητα Vο, plug flowΗ διατομή της εισόδου και της εξόδου δεν παραμορφώνεται


Μεθοδολογία

Επίλυση του πεδίο ροής (Π. Νεοφύτου)

Υπολογισμός των δυνάμεων πάνω στη διεπιφάνεια

Παραμόρφωση του σωλήνα

Υπολογισμός νέας θέσης της διεπιφάνειας

Σύγκλιση λύσης;

Όχι

Ναι Εκτύπωση λύσης

Αρχικές συνθήκες, Αρχική γεωμετρία


Αποτελέσματα

Ροή σε άκαμπτο σωλήνα

Ροή σε παραμορφώσιμο σωλήνα


Ροή Αίματος σε Μηχανική ΚαρδιάJ.M.A. Stijnena, J. de Hartb, P.H.M. Bovendeerda, F.N. van de Vosse,

Journal of Fluids and Structures, 19, 835 (2004)

Η γλώχινα(leaflet) της βαλβίδας δεν παραμορφώνεται

Προφίλ Ταχύτητας, V

V

Ρευστό: 36% κ.ο γλυκερίνη, Re=750

γλώχινα(leaflet)


Μελλοντική Δουλειά: Ροή σε Μηχανική Καρδιά

Η γλώχινα της βαλβίδας θα μπορεί να παραμορφωθεί και να καμφθεί


Mesh Generation: Pseudo Solid Approach


Ευχαριστούμε !

Μοντελοποίηση Συστημάτων Σωματιδίων – Ρευστών σε...

Documents

Transcript of Μοντελοποίηση Συστημάτων Σωματιδίων – Ρευστών σε...