خانه / فنی و مهندسی / مکانیک / پایان نامه ارشد با عنوان مطالعه تجربی دینامیک رفتار قطره در حضور میدان الکتریکی ولتاژ بالا

پایان نامه ارشد با عنوان مطالعه تجربی دینامیک رفتار قطره در حضور میدان الکتریکی ولتاژ بالا

مطالعه تجربی دینامیک رفتار قطره در حضور میدان الکتریکی ولتاژ بالا

رساله دکتری در رشته تبدیل انرژی

عنوان:

مطالعه تجربی دینامیک رفتار قطره در حضور میدان الکتریکی ولتاژ بالا

Experimental Study of the Droplet Dynamic Behavior
under High Voltage Electric Field

 

فهرست مطالب

عنوان:                                                                                                            صفحه
 

فصل اول: آشنایی با کاربردهای الکتروهیدرودینامیک…………………………………………………………………………………………………………………………۱۵
فصل دوم:  پایه های نظری الکتروهیدرودینامیک……………………………………………………………………………………………………………………………………………..۳۴
۲-۱     مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۳۵
۲-۲  بار الکتریکی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۳۵
۲-۳   گشتاور دو قطبی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۳۵
۲-۴     پلاریزاسیون…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۳۶
۲-۴-۱          انواع پلاریزاسیون………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………۳۸
۲-۵   الکتروفورسیس و دی الکترو فورسیس……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۳۹
۲-۶   سیالات قطبی و غیر قطبی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۴۱
۲-۷   فرایند تولید بار در سیال دی الکتریک…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………۴۱
۲-۷-۱         علل داخلی تولید بار…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۴۱
۲-۷-۲         علل خارجی تولید بار…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………۴۲
۲-۸     موبیلیته…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………۴۳
۲-۹   جریان های الکتریکی در سیالات دی الکتریک……………………………………………………………………………………………………………………………………………۴۵
۲-۹-۱ اصل بقاء بار…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۴۵
۲-۹-۲ جریان الکتریکی در سیالات غیر قطبی……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۴۵
۲-۱۰  معادلات ماکسول………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۴۸

فصل سوم: پیشینه پژوهش………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۵۰
فصل چهارم: نتایج تجربی……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………۶۵

۴-۱   رفتار تک قطره …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۶۶
۴-۲   اجزاء شبکه عصبی ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………۷۸
۴-۳   رفتار دو قطره ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………۸۴
۴-۴   گسیختگی، جاذبه و دافعه قطرات ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………۹۰
۴-۵   اتصال کوتاه ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۹۸
فصل پنجم: نتایج عددی………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۱۰۱

۵-۱   روش مبنا ذره ای………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………۱۰۳
۵-۱-۱ روش شبکه گاز………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۱۰۵
۵-۱-۲ روش شبکه بولتزمن…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۱۰۶
۵-۱-۳          تابع تعادلی گسسته شده……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۱۰۸
۵-۱-۴          گسسته کردن فضای فاز………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۱۰۸
۵-۱-۵          فرم گسسته معادله بولتزمن…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۱۱۰
۵-۱-۶          ارتباط با معادله ناویر استوکس……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۱۱۱
۵-۱-۷          الگوریتم حل…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۱۱۲
۵-۱-۸          شرایط مرزی در شبکه بولتزمن…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۱۱۲
۵-۱-۹          مدلسازی جریان چند فازی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ۱۱۶
۵-۱-۱۰          مدلسازی ترم EHD………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………118
5-1-11          اعتبار سنجی و نتایج……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۱۲۱
۵-۲   روش بدون شبکه……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۱۳۰
۵-۲-۱     نتایج روش بدون شبکه………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۱۳۴

فصل ششم: نتایج تحلیلی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۱۴۴

۶-۱   معادلات حاکم……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………۱۴۶
۶-۱-۱           معادلات میدان الکتریکی………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………۱۵۱
۶-۱-۲         معادلات  خطوط جریان ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۱۵۱

۶-۲   حل معادله پتانسیل الکتریکی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۱۵۳
۶-۳   بارهای سطحی الکتریکی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۱۶۰
۶-۴   ناپیوستگی تنشهای الکتریکی……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………۱۶۱
۶-۵   محاسبه جریان سیال و تنشهای هیدرودینامیکی……………………………………………………………………………………………………………………………………..۱۶۴
۶-۶   محاسبه فشار هیدرودینامیکی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۱۷۹
۶-۷   محاسبه تغییر شکل سطح قطره……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۱۸۲
۶-۸   تغییر شکل گذرای سطح قطره………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۱۸۹
۶-۹   قطره تحت ولتاژ نوسانی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۱۹۷
۶-۹-۱       تغییر شکل پایدار قطره……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۲۲۲
۶-۹-۲       تغییر شکل گذرای قطره…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ۲۲۸
۶-۱۰  قطره در حال سقوط………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۲۳۶
۶-۱۱  بررسی توزیع حرارت………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۲۵۳
نتایج:………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۲۶۶
پیشنهادات:………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۲۶۹
منابع:……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۲۷۰

.

فهرست اشکال

عنوان                                                                                                             صفحه

شکل ۱-۱- دهیدراتور AC………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..17
شکل ۱-۲- نیروهای وارد بر یک قطره در DC………………………………………………………………………………………………………………………………………….18
شکل۱-۳- شماتیک ECOD……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..20
شکل۱-۴- شماتیک حرکت قطره در چیدمان الکترود نقطه­ای بر روی تفلون…………………………………………………………………………………………۲۱
شکل۱-۵- نمای جانبی حرکت قطره در چیدمان الکترود نقطه­ای…………………………………………………………………………………………………………..۲۱
شکل۱-۶- شماتیک برخورد دو قطره ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۲۲
شکل۱-۷- ایجاد رشته و شروع ناپایداری در سطح مشترک ……………………………………………………………………………………………………………………۲۳
شکل۱-۸- فرایند مخلوط شدن دو سیال دی الکتریک…………………………………………………………………………………………………………………………….۲۳
شکل ۱-۹- شماتیک پمپ هدایتی …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۲۴
شکل ۱-۱۰-شماتیک اسپری قطره (با گذشت زمان) ……………………………………………………………………………………………………………………………..۲۶
شکل ۱-۱۱- جدایش قطره توسط میدان(با گذشت زمان)………………………………………………………………………………………………………………………۲۶
شکل ۱-۱۲- نحوه ایجاد جریان برای یک جفت الکترود متقارن……………………………………………………………………………………………………………..۲۷
شکل ۱-۱۳- نحوه ایجاد جریان برای شش جفت الکترود متقارن……………………………………………………………………………………………………………۲۷
شکل ۱-۱۴- نحوه ایجاد جریان برای شش جفت الکترود نامتقارن…………………………………………………………………………………………………………۲۸
شکل ۱-۱۵- اثر میدان الکتریکی بر فرایند اتمیزه شدن در مقایسه با رویکرد معمول …………………………………………………………………………..۳۰
شکل ۱-۱۶- اثر میدان الکتریکی بر فرایند اتمیزه شدن در مقایسه با رویکرد معمول …………………………………………………………………………..۳۰
شکل ۱-۱۷- اثر افزایش دما در غیاب میدان الکتریکی در دمای بترتیب: و۳۲۳و۳۷۳و۴۲۳ کلوین………………………………………………………۳۰
شکل ۱-۱۸- شماتیک تصفیه کننده ها: صفحه تخت موازی و لوله­ای شکل …………………………………………………………………………………………۳۲
شکل ۱-۱۹- رفتار حباب در شرایط گرانش ناچیز در میدان الکتریکی یکنواخت……………………………………………………………………………………۳۳
شکل ۱-۲۰- اثر EHD در شکل گیری جریان پیرامون الکترودها……………………………………………………………………………………………………………۳۳
شکل ۲-۱- ایجاد دو قطبی در اتم تحت تاثیر میدان الکتریکی……………………………………………………………………………………………………………….۳۶
شکل ۲-۲- توزیع بار بر روی ذره و جهت گشتاور دو قطبی ایجاد شده …………………………………………………………………………………………………۴۰
شکل ۲-۳- دو ذره متفاوت در میدان غیر یکنواخت ……………………………………………………………………………………………………………………………….۴۰
شکل ۲-۴- حجم کنترل جریان ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۴۵
شکل ۳-۱- توزیع نیروهای الکتریکی بر روی سطح حباب……………………………………………………………………………………………………………………….۵۳
شکل ۴-۱-الف نمایی از  setup آزمایش (a) و مختصات (b) و قطر قطره (c)……………………………………………………………………………………..66
شکل ۴-۱-ب نمایی از محیط GetData-Graph digitizer (سطر بالا) و ulead video studio (سطر پایین)……………………………………………۶۸
شکل ۴-۲- تغییر شکل قطره از نقطه سکون تا آستانه حرکت بر روی الکترود ولتاژ بالا………………………………………………………………………..۶۹
شکل ۴-۳- حرکت ریتمیک قطره با قطر ۰٫۸ تحت ولتاژ ۱٫۷ kv…………………………………………………………………………………………………………..71
شکل ۴-۴- میزان تغییر شکل قطره با قطر ۱٫۱ تحت ولتاژ ۱٫۹ kv………………………………………………………………………………………………………71
شکل ۴-۵- بررسی قطر قطرات در تماس با الکترود پایین ……………………………………………………………………………………………………………………..۷۲
شکل ۴-۶- بررسی اثر افزایش میدان الکتریکی بر نرخ تغییر شکل…………………………………………………………………………………………………………۷۳
شکل ۴-۶- بررسی اثر افزایش میدان الکتریکی بر روی شکل قطره در هنگام تماس  دو الکترود………………………………………………………….۷۴
شکل ۴-۷- خارج شدن قطره از حالت کروی در دو حالت سقوط و صعود………………………………………………………………………………………………۷۵
شکل ۴-۸- تاثیر افزایش ولتاژ (سطر اول) و افزایش قطر (سطر دوم) بر روی حرکت ریتمیک قطره…………………………………………………….۷۶
شکل ۴-۹- تاثیر افزایش ولتاژ بر روی سرعت قطره…………………………………………………………………………………………………………………………………۷۷
شکل ۱n– لایه ورودی با ۵ نرون ، لایه میانی با ۶ نرون و لایه خارجی با ۳ نرون…………………………………………………………………………………۷۸
شکل ۲n– یک نرون از شبکه عصبی……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۷۹
شکل ۳ -n-مقایسه بین خروجی شبکه عصبی و داده های موجود………………………………………………………………………………………………………….۸۲
شکل ۴-۱۰- مدل کردن رفتار نوسانی و بدست آوردن ماتریس حاکم بر بار قطره بر حسب قطر قطره ……………………………………………….۸۳
شکل ۴-۱۱- تصاویر متوالی از حزکت دو قطره با شعاع ۰٫۸۷۵mm  و میدان (۱٫۱kv/cm)…………………………………………………………………..85
شکل ۴-۱۲- حرکت طولی و عرضی دو قطره تا آستانه برخورد (۳٫۸kv/cm)…………………………………………………………………………………………85
شکل ۴-۱۳-  نیروی جاذبه بین دو قطره، انعقاد و تشکیل قطره واحد در (CaE=0.18)…………………………………………………………………………87
شکل ۴-۱۴- شماتیک گشتاور ایجاد شده در موقعیت های مختلف ………………………………………………………………………………………………………۸۸
شکل۴-۱۵- حرکت ریتمیک قطره حاصل از انعقاد در (CaE=0.205)……………………………………………………………………………………………………..88

شکل۴-۱۶- الف: کشیدگی قطره اصلی ، دو تکه شدن قطره ، تشکیل گلویی و تولید قطرات ریز در (CaE=0.216)…………………………….90
شکل۴-۱۶- ب: شماتیک فرایند جدایش و گلویی شدن…………………………………………………………………………………………………………………………۹۱
شکل۴-۱۷- فرایند دافعه بین دو قطره با بار مخالف در سه حالت مختلف(CaE=0.226)……………………………………………………………………….92
شکل۴-۱۸- ایجاد حالت گلویی (CaE=0.26)…………………………………………………………………………………………………………………………………………..93
شکل۴-۱۹- دفع شدن قطرات در تماس با بار مخالف …………………………………………………………………………………………………………………………….۹۳
شکل۴-۲۰- ایجاد حالت گلویی در بین دو الکترود(CaE=0.321)……………………………………………………………………………………………………………94
شکل۴-۲۱- جذب دو قطره با بار همنام (CaE=0.334)……………………………………………………………………………………………………………………………95
شکل۴-۲۲- جذب دو قطره با بار ناهمنام (CaE=0.36)……………………………………………………………………………………………………………………………96
شکل۴-۲۳- جذب دو قطره با بار ناهمنام (CaE=0.374)…………………………………………………………………………………………………………………………96
شکل۴-۲۴- وقوع pinch-off در تماس با الکترودها (CaE=0.388)…………………………………………………………………………………………………………96
شکل۴-۲۵- پدیده انعقاد در ولتاژ بالا(نوع سوم) (CaE=0.388)………………………………………………………………………………………………………………97
شکل ۴-۲۶- تجمع قطرات حول یک خط………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۹۸
شکل ۴-۲۷-الف اتصال کوتاه و تولید جرقه………………………………………………………………………………………………………………………………………………۹۸  شکل۴-۲۷-  پدیده انعقاد دو قطره- سطر اول (برگرفته از Ref [34]) و سطر دوم کار حاضر……………………………………………………………………………….۹۹
شکل۴-۲۸- مخروطی شدن نوک قطره در هنگام ترک الکترود ولتاژبالا، راست:  Ref[31]، چپ: کار حاضر……………………………………………………۹۹
شکل ۴-۲۹ – ایجاد خط زنجیری برای گروهی قطرات در ولتاژ بالا،راست Ref[37]، چپ: کار حاضر……………………………………………………………………..۹۹
شکل ۴-۳۰ – کشیدگی و فشردگی روی سطح الکترود. سطر پایین: Ref[78]،سطر بالا:کار حاضر…………………………………………………………………..۹۹
شکل ۴-۳۱ – کشیدگی و فشردگی روی سطح الکترود. ستون راست: Ref[79]،ستون چپ:کار حاضر………………………………………………………………..۱۰۰
شکل ۴-۳۲ – از هم گسیختگی (breakup) قطره . سطر بالا: Ref[33] و سطر پایین : کار حاضر………………………………………………………………۱۰۰
شکل ۵-۱- ماهیت میکروسکوپیک سیال……………………………………………………………………………………………………………………………………………….۱۰۴
شکل ۵-۲- مدل FHP…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….105
شکل ۵-۳- شبکه D2Q9………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….111
شکل ۵-۴- مقادیر مجهول (خطوط هاشورخورده) توابع توزیع درون کانال………………………………………………………………………………………….۱۱۳
شکل ۵-۵- نمایش چگونگی قرارگرفتن مرزهای ورودی و خروجی پریودیک و نمایش شرایط پریودیک در دامنه حل ……………………۱۱۴
شکل ۵-۶- کمانه کردن روی نقاط مرزی جسم جامد…………………………………………………………………………………………………………………………..۱۱۵
شکل ۵-۷- مقایسه قانون لاپلاس و پروفیل دانسیته بر اساس فاصله شعاعی از مرکز قطره…………………………………………………………………۱۲۱
شکل ۵-۸- تغییر شکل قطره از حالت اولیه تا پایداری قطره بر حسب زمانهای اولیه………………………………………………………………………….۱۲۲
شکل ۵-۹- مقایسه نتایج عددی و تحلیلی در Cae=0.2 (سطر اول) ، رفتار قطره (سطر دوم) ، انعقاد دوقطره((سطر سوم)…………..۱۲۴
شکل ۵-۱۰- تغییر شکل قطره در اعداد کپیلاری مختلف در Eo=11,Oh=0.5…………………………………………………………………………………..126
شکل ۵-۱۱- تغییر شکل قطره در اعداد کپیلاری مختلف در Eo=87,Oh=0.5…………………………………………………………………………………..127
شکل ۵-۱۲- تغییر شکل قطره در اعداد کپیلاری مختلف در Eo=43,Oh=0.2…………………………………………………………………………………..128
شکل ۵-۱۳- تغییر شکل قطره در اعداد کپیلاری مختلف در Eo=43,Oh=1.0…………………………………………………………………………………..129
شکل ۵-۱۴- بررسی سقوط قطره در چیدمان افقی بین دو الکترود……………………………………………………………………………………………………..۱۳۰
شکل ۵-۱۵- محیط اثر گذاری گره­ها برای گره مرجع…………………………………………………………………………………………………………………………..۱۳۱
شکل ۵-۱۶- کانتور پتانسیل الکتریکی، میدان و بردار الکتریکی برای R=1E5 (ردیف اول)و  R=1E-5 (ردیف دوم) ،
بررسی تعداد گره لازم برای همگرایی و نحوه تولید گره یکنواخت پیرامون قطره ……………………………………………………….۱۳۵
شکل ۵-۱۷- بهم خوردن تابع پتانسیل و متمرکز شدن خطوط جریان بین دو قطره در اشکال مختلف بازاء R=1E5……………………….136
شکل ۵-۱۸- تولید گره ها در ساختار بی نظم و مقایسه آنها………………………………………………………………………………………………………………..۱۳۷
شکل ۵-۱۹- پتانسیل الکتریکی و میدان الکتریکی برای قطره تغییر شکل یافته (Experimental Data)…………………………………………..138
شکل ۵-۲۰- پتانسیل الکتریکی و مش بندی FEM (ستون اول ) ،تولید گرهRBF (ستون دوم )، مقایسه پتانسیل الکتریکی
دو روش……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۱۳۸

شکل ۵-۲۱- نحوه ایجاد نقاط مربوط به سطح قطره (استخراج شذه از کار Exp) و مش FEM برای داخل و بیرون قطره…………۱۴۰
شکل ۵-۲۲- خطوط هم پتانسیل برای قطره تغییر شکل یافته متصل به الکترود ولتاژ بالا (راست)
و خطوط میدان الکتریکی (چپ)……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………۱۴۱
شکل ۵-۲۳- کانتور تنش برشی (سمت راست) و کانتور میدان الکتریکی  جهت عمودی (سمت چپ)……………………………………………..۱۴۱
شکل ۵-۲۴- ولتاژ برای قطره عایق (راست)و ولتاژ برای قطره هادی (چپ)-سطر دوم . خطوط میدان برای قطره عایق (راست)و خطوط میدان برای قطره هادی (چپ)-سطر سوم………………………………………………………………………………………………………………………………………………۱۴۲
شکل ۵-۲۵-  کانتور تنشهای نرمال در جهت x – کانتور تنشهای نرمال در جهت y- کانتور تنشهای برشی xy (ستون راست-روغن هادی تر از قطره) و (ستون چپ -قطره هادی تر از روغن)…………………………………………………………………………………………………………………….۱۴۳
شکل ۶-۱- هندسه سیال- ستونی از سیال با شعاع a که توسط سیال دیگر با شعاع b احاطه شده است………………………………………….۱۴۵
شکل ۶-۲- تغییرات فاکتور انسداد نسبت به سایز بی بعد هندسه و نسبت به  نسبت هدایت الکتریکی…………………………………..۱۵۷
شکل ۶-۳- خطوط پتانسیل الکتریکی و خطوط میدان الکتریکی برای (شکل چپ) و (شکل وسط) و
(سمت راست) بازاء نسبت انسداد ………………………………………………………………………………………………۱۵۹
شکل ۶-۴- تغییرات  در جهت شعاعی برای سه سیستم …………………………………………………………………………………………………….۱۵۹
شکل ۶-۵- تغییرات تنشهای برشی و نرمال روی اینترفیس: سطر بالا S>R و سطر پایین S<R………………………………………………………..164
شکل ۶-۶- خطوط جریان برای حالت R<S(ستون چپ) و R>S ( ستون راست) بازاء سایزهای مختلف……………………………………………۱۷۱
شکل ۶-۷- تغییرات ،،نسبت بهو بازاء سیستمهای مختلف………………………………………………………………………………………….۱۷۳
شکل ۶-۸- تغییرات F نسبت به ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………۱۸۴
شکل ۶-۹- تغییرات نسبت بر حسب ……………………………………………………………………………………………………………………………………..۱۸۴
شکل ۶-۱۰- نمودار تعیین نواحی مختلف تغییر شکل و جهت جریان ………………………………………………………………………………………………..۱۸۵
شکل ۶-۱۱- نمودار تعیین نواحی مختلف تغییر شکل و جهت جریان بازاء پارامترهای مختلف …………………………………………………………۱۸۸
شکل ۶-۱۲- حالت prolate و oblate ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………195
شکل ۶-۱۳-بررسی گذرا خطوط جریان از حالت اولیه تا حالت پایدار………………………………………………………………………………………………….۱۹۵
شکل ۶-۱۴- اثر خالص تنش الکتریکی مماسی و نرمال در زمان میانی……………………………………………………………………………………………….۱۹۶
شکل ۶-۱۵- تغییر شکل قطره، سرعت نرمال و مماسی ناشی از تنشهای نرمال و مماسی در R<S……………………………………………………196
شکل ۶-۱۶- تغییر شکل قطره، سرعت نرمال و مماسی ناشی از تنشهای نرمال و مماسی در R>S……………………………………………………197
شکل ۶-۱۷- نواحی مختلف مرتبط با تغییر شکل قطره در فرکانس بحرانی…………………………………………………………………………………………۲۲۷
شکل ۶-۱۸-  نحوه تغییر شکل قطره با افزایش فرکانس برای نواحی مختلف …………………………………………………………………………………….۲۲۸
شکل ۶-۱۹- تابع تغییر شکل کلی بر حسب زمان بازاء ……………………………………………………………………………………….۲۳۴
شکل ۶-۲۰- میزان تغییر شکل بازاء افزایش میدان الکتریکی در دو حالت فرکانس صفر و  ۶۰(سمت چپ) و نسبت تغییر شکل در هر فرکانس به تغییر شکل در فرکانس ۶۰ (سمت راست)…………………………………………………………………………………………………………………………..۲۳۵
شکل ۶-۲۱- نحوه حرکت سیال اطراف و درون قطره برای سیستم شماره دو بازاء افزایش……………………………..w249
شکل ۶-۲۲- نحوه حرکت سیال اطراف و درون قطره برای سیستمشماره سه بازاء افزایش w……………………………………………………………251
شکل ۶-۲۳- تغییر شکل قطره در دو سیستم ، اثر EHD , Falling ……………………………………………………………………………………………………252
شکل ۶-۲۴- مقایسه جواب تحلیلی(سمت راست) و نتایج عددی (سمت چپ) برای حالت سقوط قطره بدون EHD (ستون بالا) و اثر سقوط بهمراه میدان الکتریکی در  =۰٫۲ CaE…………………………………………………………………………………………………………………………………………252
شکل ۶-۲۵-  تعداد لازم جملات سری جهت رسیدن به جواب همگراه شده برای تابع تغییر شکل…………………………………………………..۲۵۳٫
شکل ۶-۱- CVFEM : انواع مختلف تولید مش…………………………………………………………………………………………………………………………………….۲۵۴
شکل۶-۲- CVFEM :  مساحت مورد استفاده در تعییین تابع شکل……………………………………………………………………………………………………۲۵۵
شکل۶-۳- CVFEM :  تشکیل حجم کنترل احاطه کننده گره …………………………………………………………………………………………………………..۲۵۶
شکل۶-۴- CVFEM :  سطوح اول و دوم المان ……………………………………………………………………………………………………………………………………۲۵۷
شکل ۶-۲۶-  اعتبار سنجی کد برای بترتیب ………………………………………………………………………………………………….۲۶۱
شکل ۶-۲۷-  نحوه توزیع حرارت برای دو حالت خاص- تاثیر عدد پکلت …………………………………………………………………………………………..۲۶۲
شکل ۶-۲۸- نحوه توزیع حرارت برای نسبت  ویسکوز ۳۰ و w=20 – تاثیر عدد پکلت……………………………………………………………………….۲۶۳
شکل ۶-۲۹- نحوه توزیع پخش حرارت در زوایای مختلف-ناثیر عدد پکلت ………………………………………………………………………………………..۲۶۴
شکل ۶-۳۰- نحوه  توزیع حرارت برای Pe=100 (سطر بالا) و Pe=10 (سطر پایین) ………………………………………………………………………….۲۶۵
شکل ۶-۳۱- نحوه توزیع پخش حرارت در زوایای مختلف-تاثیر نسبت W  در دو عدد پکلت خاص …………………………………………………۲۶۵
 

فهرست جداول

عنوان                                                                                                             صفحه

جدول ۴-۱ :  خواص الکتریکی و سیالاتی آب و روغن …………………………………………………………………………………………………………………………….۶۹
جدول ۴-۲: خواص الکتریکی و سیالاتی مورد استفاده در آزمایش………………………………………………………………………………………………………….۸۴
جدول ۵-۱: توابع وزنی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۱۰۹
جدول ۶-۱: خواص الکتریکی و هیدرودینامیکی…………………………………………………………………………………………………………………………………….۱۷۴
جدول ۶-۲: نسبت خواص الکتریکی و هیدرودینامیکی………………………………………………………………………………………………………………………….۱۷۴
جدول ۶-۳: خواص الکتریکی مرتبط با نمودار( ۶-۱۸)………………………………………………………………………………………………………………………….۲۲۷
جدول ۶-۴: روابط حاصل شده از حل تئوری تا این قسمت از حل……………………………………………………………………………………………………….۲۴۲

 

. فهرست علائم

نسبت نفوذپذیری الکتریکی دانسیته ماده (kg/m3)
تنش الکتریکی و هیدرودینامیکی(pa.s) دانسیته بار الکتریکی-آزاد و مقید (C/m3)
تابع جریان (m2.s) داخل و خارج قطره ویسکوزیته دینامیکی( pa.s)
سرعت شعاعی و مماسی (m/s) نفوذپذیری الکتریکی ذره وماده(c2/Nm2)
نسبت ویسکوزیته سیال داخل به خارج هدایت الکتریکی درون و بیرون قطره (s.c2/m3kg)
بار آزاد روی سطح(C) میدان الکتریکی(N/C) E
اختلاف پتانسیل (ولت) V گشتاور الکتریکی (N.m)
ماکزیمم سرعت مماسی(m/s) کشش سطحی(N/m)
موبیلیته الکتریکی (mC/sF) عدد باند الکتریکی: نسبت نیروی الکتریکی به کپیلاری BoE
دانسیته جریان (A/m2) عدد وبر الکتریکی: نسبت نیروی الکتریکی به کشش سطحی CaE
غلضت یونی (C.m-3) Cion نفوذپذیری خلا   (F/m)-(C2/N.m2 )
فاصله بین دو صفحه خازن(m) d مساحت (m2) A
حساسیت الکتریکی پتانسیل الکتریکی (Nm/C)
واحد بار الکترون(C) e,Ze بار الکتریکی (کولن)
بردار پلاریزاسیون(Cm-2) P نفوذپذیری نسبی
ثابت گذردهی مغناطیسی (T.m.A-1) جابجایی الکتریکی(Cm-2) D
میدان مغناطیس واحد طول (T.m-1) گشتاور دو قطبی(C.m) M
میدان مغناطیسی (-Tتسلا) B نسبت نفوذپذیری الکتریکی
موبیلیتی یون (m2V-1s-1) نیروی دی الکتروفورسیس(N) FDEP
پتانسیل لایه EDL (V) واحد بار الکتریکی (C) e
دانسیته جریان (I.m-2) J جریان الکتریکی ورودی و خروجی-آمپر (I=C.s-1) iin,iout
ضریب ترکیب (m3.t-1.C-1) kr ضریب جدایش (C.t-1.m-3) kd
فاصله شعاعی بین دو قطره (m) do میزان پلاریزاسیون بازاء واحد حجم (C4/N2m4)
تابع توزیع معادل بولتزمن سرعت شبکه بولتزمن در راستای
توابع وزنی در جهات مختلف سرعت صوت در مقیاس لتیز
تابع توزیع بعد برخورد ویسکوزیته سینماتیک (m2s-1)
دما (K) T گرانش(ms-2)
تابع توزیع فشار g نیروی کشش سطحی Fs
عدد آتووس: نسبت نیروی ویسکوز به کشش سطحی تابع ایندکس
عدد آنسرج: نسبت نیروی جاذبه به کشش سطحی توابع وزنی ومشتق مرتبه n در جهت x
نسبت شعاع قطره به شعاع خارجی توابع وزنی ومشتق مرتبه ئ در جهت y
بار الکتریکی آزاد در واحد سطح ( C.m-2) تنش هیدرولیکی مماسی(Pa)
رینولدز هیدرولیکی: نسبت نیروی اینرسی به ویسکوز سرعت مقیاس (m.s-1)
تانسور کرنش مقیاس زمانی آرامش بار الکتریکی بواسطه
خواص الکتریکی به سرعت سیال
اپراتور لاپلاسین در مختصات قطبی نیروی الکتریکی بازاء واحد حجم Fe
بردارهای یکه در جهات شعاعی و مماسی بارآزاد درون حجم سیال(C.m-3) qv
میدان الکتریکی در جهت مماسی و شعاعی ورتیسیتی
سرعت شعاعی درون و بیرون قطره پتانسیل الکتریکی درون و بیرون قطره در محیط نامحدود
سرعت مماسی درون و بیرون قطره نیروی خالص الکتریکی روی اینترفیس
در جهات مماسی و شعاعی
ضریب تصحیح هیدرولیکی و الکتریکی ماکزیمم سرعت مماسی روی اینترفیس
کشش سطحی ( N.m-1)  برایندکل تنشهای هیدرودینامیکی روی اینترفیس
میزان انحناء سطح قطره (m) k تابع شکل در فرکانس بینهایت
سرعت سقوط قطره ufall تابع شکل در فرکانس صفر
خطوط مماس بر تابع تغییر شکل میزان انحراف از حالت کروی در حالت نامحدود
تابع شکل (فقط اثر تنشهای مماسی) مقادیر نسبت هدایت که بازاء آنها تابع کروی می­ماند.
تابع شکل (فقط اثر تنشهای نرمال) شعاع داخلی و خارجی a,b
نسبت ثابت گذردهی قطره به روغن قسمت حقیقی یک عبارت موهومی Re()
فشار داخل و خارج قطره (pa) پتانسیل مستقل از زمان خارج و داخل قطره(ولت)
فاز میدان الکتریکی (رادیان) wt میزان انحراف از حالت کروی در حالت پایدار و گذرا
ثوابت ناشی از حل معادله فشار قطره و روغن فرکانس بحرانی
عدد بی بعد پکلت: نسبت پخش حرارت بواسطه سرعت سیال به هدایت سیال Pe عدد بی بعد :نسبت سرعت مماسی EHD
به سرعت سقوط
W
سرعت گذرنده از دو سطح یک المان vf1,vf2 شار حجمی عبوری از سطوح یک المان (m3.s-1) qf1,qf2
ضریب پخش حرارتی دو سطح یک المان Kf1,kf2 مساحت سطوح نماینده یک المان(m2) Af1,Af2
مقدار تابع مستقل برای دو سطح المان ضرایب ترم جابجایی و پخش برای یک ند در المان au,ak
دمای همگن سطح قطره و دمای روغن ماکزیمم سرعت مماسی گذرا
    ضریب همسایه j ام برای گره i ai,j

 

چکیده

 

در این پژوهش رفتار قطرات تحت میدان الکتریکی DC مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به افزایش رو به رشد این رشته تحقیقاتی، در ابتدا بطور مختصر کاربردهای الکتروهیدرودینامیک در فصل اول شرح داده شده است. لذا فصل اول این تحقیق به
ارائه کاربردها اختصاص داده شده است. در فصل دوم مبانی فیزیکی الکتروهیدرودینامیک شرح داده شده تا مقدمه­ای باشد(هر چند کوتاه) بر روابط استفاده شده در فصول بعدی. در فصل سوم مروری شده است بر کارهای صورت گرفته در زمینه رفتار قطره تحت میدان. در فصل چهارم نتایج آزمایش تجربی آورده شده­اند. در فصل پنجم رفتار قطره بصورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در انتها در فصل ششم به بررسی نتایج تحلیلی ( اثر میدان الکتریکی بر روی قطرات ) پرداخته شده است. نتایج تجربی نشان میدهد که دو قطره با بار متضاد میتوانند همدیگر را دفع کنند .­پراکندگی قطرات در میدان الکتریکی منجر به تشکیل زنجیره قطرات میشود. همچنین انتقال بارهای الکتریکی میتواند بطور یکسان صورت نگیرد و پدیده­های مختلفی را رقم بزند. افزایش میدان الکتریکی برای قطراتی که به شکل رندم پخش شده اند باعث تشکیل زنجیره­ای از قطرات میگردد. رفتار نوسانی ، حالت تیلورکن ، اندرکنش دو قطره (انعقاد و جدایش) در این کار نشان داده شده است.  نتایج عددی و تحلیلی تغییر شکل قطره را در دو حالت متفاوت (قابلیت پلاریزاسیون) نشان میدهند. در فصل عددی شبیه سازی توسط روش شبکه بولتزمن و در حالت دو فازی صورت گرفته است. حالت های مختلف Breakup به کمک روش عددی بدست می­آیند.سه نوع جدایش pinch-off ،shear و back-breakup  در حالتهای مختلف دیده شده و همچنین رفتار دو قطره نیز بررسی شده است. در بحث تحلیلی، رفتار قطره در حالت ناپایدار و در دو حالت AC,DC مورد ارزیابی قرارگرفته است. در این اثر علاوه بر رفتار قطره ساکن ، حرکت قطره در میدانهای AC,DC مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج تحلیلی فرکانس بحرانی را پیشبینی میکنند که میتواند راستای تغییر شکل قطره را تغییر دهد. همچنین نتایج تحلیلی مطابقت خوبی با  نتایج عددی دارند. تمامی نتایج تحلیلی در اعدادکپیلاری الکتریکی کمتر از یک بدست آمده است. اثر میدان الکتریکی بر روی قطره در حال سقوط منجر به تشکیل گردابه هایی در درون و بیرون قطره میشود که پخش حرارت توسط این ورتکسها توسط روش عددی ترکیبی المان و حجم محدود مورد بررسی قرار گرفته است. افزایش عدد پکلت باعث کاهش اثر پخش حرارتی (ترم دیفیوز) شده و نقش جریان سیال در توزیع حرارت بیشتر میگردد.

 

قیمت:   ۱۲۰۰۰ تومان

 

فرمت

مطلب مشابه

پایان نامه ارشد با عنوان تئوری تئوکراسی و قانون اساسی جمهوری اسلامی ایران

  عنوان: تئوری تئوکراسی و قانون اساسی جمهوری اسلامی ایران فهرست مطالب عنوان                                                                                                                          صفحه …