مطالعه تحلیلی و آزمایشگاهی دینامیک سقوط قطرات نیوتنی در رژیم لختی با اعداد رینولدز پایین

بررسی جریان‌های دو فازی به‌خصوص بررسی‌های مربوط به حرکت قطرات یک سیال در سیالی دیگر دارای کاربرد گسترده‌ای از جمله در صنایع نفت و گاز، صنایع پزشکی و داروسازی، استخراج فلزات، نیروگاه‌ها و مبدل‌های حرارتی دارد. در مقاله حاضر، دینامیک یک قطره نیوتنی در حال سقوط در رژیم آرام مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور ایجاد جریان لختی از ویسکوزیته 340 سانتی پویزبرای سیال بیرون استفاده شده است.در بخش آزمایشگاهی، از آب یون زدایی شده (دیونیزه)‌ و‌ گلیسیرین‌ با نسبت‌های حجمی 79:21 و83:17 به‌ عنوان‌فاز‌قطره‌استفاده‌ شده ‌است. با افزایش حجم قطره و به تبع آن افزایش نیروی لختی، شکل قطره در حال سقوط در فاز نیوتنی از حالت کروی خارج می‌شود و حفره‌ای در قسمت انتهایی آن ایجاد می‌شود. نیروهای لختی، کشش سطحی و تنش‌های هیدرودینامیکی بیشترین تاثیر را روی شکل قطره در حال سقوط دارند. با افزایش حجم قطره نیوتنی در حال سقوط، حفره انتهای قطره رشد کرده و در نتیجه نیروی درگ آن افزایش و به تبع آن سرعت حد قطره کاهش پیدا می‌کند. طبق مشاهدات آزمایشگاهی، تغییرات نسبت لزجت روی شکل قطرات تاثیر چندانی نداردوافزایش عدد رینولدزباعث کاهش ضریب فشار قطره می‌شود.همچنین نشان داده می‌شودکه نتایج آزمایشگاهی با نتایج تحلیلی مطابقت خوبی دارند.

An Analytical and Experimental Study on Dynamics of Newtonian Falling Drops in Inertia Regime with Low Reynolds Numbers

Two phases flows particularly motion of droplets into a second fluid have a variety of application in different industries including oil and gas industry, medicine and pharmaceutical, extraction of metals, power plants as well as heat exchangers. In this paper, dynamic of a Newtonian drop falling into a laminar regime is studied. A fluid with viscosity of 340 cP is used in order to produce an inertia flow. In experimental section, deionized water and glycerin solutions with volume concentrations of 21:79 and 17:83 are used for drop phase. By increasing the volume of drop that leads to rising the inertia force, the drop shape is changed from sphere and a dimple at the rear end of the drop has appeared. Inertial forces, surface tension, and hydrodynamic tension play a significant role in drop shape. Increasing the drop volume causes expanding the dimple consequently drag force is enhanced and terminal velocity of drop is decreased as well. According to the experimental observations, variation of viscosity ratio does not have a profound effect on drop deformation. Moreover, increasing the Reynolds number leads to reduction of pressure coefficient. It is shown that the experimental observations have an appropriate agreement with analytical results.