Geri Dön

Effects of surfactant and viscoelasticity on turbulent bubbly flows

Kabarcıklı Türbülanslı Akışlarda Yüzey Aktif Maddesi ve Viskoelastisitenin Etkileri

PDF İndir

  1. Tez No: 667548
  2. Yazar: ZAHEER AHMED
  3. Danışmanlar: PROF. DR. METİN MURADOĞLU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Koç Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 135

Özet

Gaz-sıvı arayüzeyinin çözümlendiği doğrudan simülasyon yöntemi kullanılarak kabarcıklı ve türbülanslı kanal akışları üzerindeki çözülebilir yüzey aktif maddesi ve viskoelastisitenin ayrı ayrı ve kombine etkileri incelendi. Sıkıştırılamaz akış denklemleri FENE-P viskoelastik model denklemleri ve çözülebilir yüzey aktif maddesi evolüsyon bünye denklemleri ile birlikte sayısal olarak çözüldü. Ara-yüzeydeki yüzey aktif maddesinin yüzey gerilmesine etkisi doğrusal olmayan bir durum denklemi kullanılarak hesaba katıldı. Navier-Stokes denklemleri karışamayan iki-akışkanlı akışlar için ara-yüz izleme yöntemi kullanılarak çözüldü. İlk olarak yüzey aktif maddesinin tek bir gaz kabarcığının basınç-tahrikli bir kanaldaki yanal hareketi üzerindeki etkileri incelendi. Kabarcık dinamiğini araştırmak amacıyla simülasyonlar büyük bir parametre aralığı için yapıldı. Yüzey aktif maddesinin akış dinamiğini dramatik olarak değiştirdiği tespit edildi. Yüzey aktif maddesinin bulunmadığı temiz ara-yüz durumunda kabarcığın kanal içindeki pozisyonunun Eotvos (Eo) sayısı ve kapilari sayısı (Ca) ile karakterize edilen kabarcığın deforme olabilmesine bağlı olduğu bulundu. Küresel kabarcık kanal duvarına doğru hareket ederken deforme olabilen kabarcık kanal merkezine doğru hareket etmektedir. Yüzey aktif maddesi eklenmesi durumunda ise küresel kabarcık bile kanal merkezine doğru hareket etmektedir. Buna ilave olarak Eo≤0.1 ve Eo≥1.5durumunda kabarcık duvardan uzakta konumlanırken 0.1

Özet (Çeviri)

Interface-resolved direct numerical simulations are performed to examine the sole and combined effects of soluble surfactant and viscoelasticity on the structure of a bubbly turbulent channel flow. The incompressible flow equations are solved fully coupled with the FENE-P viscoelastic model and the equations governing interfacial and bulk surfactant concentrations. The latter coupling is achieved through a non-linear equation of state which relates the surface tension to the surfactant concentration at the interface. The two-fluid Navier-Stokes equations are solved using a front-tracking method. First, the effects of soluble surfactant on the lateral migration of a bubble in a pressure-driven channel flow are examined. Extensive computations are performed to investigate the bubble dynamics for a wide range of parameters. It is found that surfactant dramatically changes the bubble dynamics. In the clean case, the bubble position depends on its deformability, characterized by the Eotvos () and the capillary () numbers. The spherical bubble moves towards the wall, while the deformable one migrates away from it. On the other hand, in the presence of the surfactant, even the spherical bubble moves away from the wall. It is also found that the contaminated bubble stays away from the wall for and while it migrates towards the wall for . Also, at high , the onset of path instability is observed for both the clean and the contaminated cases. However, adding surfactant to the system triggers the path instability earlier and amplifies the oscillations afterwards. Next, simulations are performed to examine the combined effects of soluble surfactant and viscoelasticity on the structure of a bubbly turbulent channel flow. It is found that, for the surfactant-free case, bubbles move toward the wall due to inertial lift force, resulting in formation of wall layers and a significant decrease in the flow rate. Conversely, a high-enough concentration of surfactant changes the direction of lateral migration of bubbles, i.e., the contaminated bubbles move toward the core region and spread out across the channel. When viscoelasticity is considered, viscoelastic stresses counteract the Marangoni stresses, promoting formation of bubbly wall-layers and consequently strong decrease in the flow rate. The formation of bubble wall-layers for combined case depends on the interplay of the inertial and elastic, and Marangoni forces. Further, effects of different types of surfactant are examined using the physical sorption kinetics. For Newtonian turbulent bubbly flow, effects of Triton X-100 and 1-Pentanol are examined. It is observed that the sorption kinetics highly affect the dynamics of bubbly flow. Minute amount of Triton X-100 is found to be sufficient to prevent the formation of bubble clusters. On the other hand, 100 times more of 1-Pentanol surfactant is not sufficient to prevent the formation of layers. For viscoelastic turbulent flow, it is found that, polymer drag reduction is completely lost for the surfactant-free case, and the addition of small amount of surfactant (Triton X-100) restores the polymer drag reduction for the viscoelastic turbulent bubbly flows. Lastly, the polymer drag reduction of turbulent poly-dispersed bubbly flow is examined in the presence of soluble surfactant. It is found that the drag increases for the clean viscoelastic poly-dispersed bubbly flow but it is lower than the corresponding Newtonian flow due the lateral migration of large bubbles to the center of channel. In the presence of surfactant, the drag reduction for viscoelastic poly-dispersed bubbly flow is revived.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    520355

    Combined effects of surfactant and viscoelasticity on drop dynamics

    Yüzey aktif maddesi ve viskoelastisitenin damacık dinamiğine üzerindeki kombine etkileri

    MOHAMMAD NABIZADEHMASHHADTOROGHI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Makine MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. METİN MURADOĞLU

  2. Tez No

    868594

    Comprehensıve analysıs of vıtamın D3 adsorptıon and monıtorıng usıng QCM wıth hydrophobıc algınate-halloysıte nanoclay composıte bılayers

    Hidrofobik aljinat-halloysit nanokil kompozitleri QCM kullanılarak D3 vitamini adsorpsiyonu ve izlenmesinin kapsamlı analizi

    MERVENUR KİRAZOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Biyomühendislikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BİRGÜL BENLİ

  3. Tez No

    55961

    Biyomagnetik olaylar

    Başlık çevirisi yok

    M.TOGAN ÇANDIR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1996

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF.DR. İNCİ AKKAY

  4. Tez No

    270298

    Değişik biyosorbentlerle tekli ve ikili yüzey aktif madde ve boyarmadde biyosorpsiyonunun incelenmesi ve yüzey aktif maddenin boyarmadde biyosorpsiyonu üzerine etkilerinin araştırılması

    Investigation of individual and binary biosorptions of surfactant and dyestuff onto different biosorbents and the effects of surfactant on the biosorption properties of dyestuff

    SÜHEYLA PINAR KODAL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2010

    BiyoteknolojiHacettepe Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ZÜMRİYE AKSU

  5. Tez No

    179736

    Süperkritik CO2 ortamında ayrı ayrı yapılan metil metakrilat ve stiren polimerizasyonlarına çeşitli parametrelerin etkilerinin incelenmesi

    Investigation of the effects of various parameters on the individual polymerizations of methyl methacrylate and styrene in supercritical CO2 medium

    NİL BARAN ACARALI

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Kimya MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Bölümü

    PROF. DR. SALİH DİNÇER

    YRD. DOÇ. DR. SEMRA ÖZKAN

Geri Dön