The effect of fluid viscoelasticity in soft elastohydrodynamic lubrication
Viskoelastik akışkanların yumuşak elastohidrodinamik yağlamaya etkisi
- Tez No: 878382
- Danışmanlar: DOÇ. LUCA BIANCOFIORE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 174
Özet
Tabanı kayganlaştırma, katı yüzeyler arasında doğrudan teması önlemek için çeşitli endüstrilerde ve doğal ortamlarda hayati önem taşır. Özellikle elastohidrodinamik lubrikasyon, katı yüzeylerin deformasyona uğrama olasılığının yüksek olduğu durumları ele alır. Sıvılara eklenen viskoelastik katkı maddeleri, lubrikasyon özelliklerini önemli ölçüde değiştirebilir. Günümüzde mevcut azaltılmış modeller, viskoelastik denklemleri ince film temasında sayısal olarak verimli bir şekilde çözebilir ve doğrudan sayısal hesaplamaları geride bırakabilir. Sayısal teknikler kullanılarak, viskoelastik sıvılar lineer elastik rejimde başarıyla analiz edilmektedir. Daralma geometrilerine yönelik daha ileri araştırmalar, yumuşak lubrikasyon üzerine bulguları açıklığa kavuşturmayı amaçlamaktadır. Viskoelastikiyetin yük taşıma kapasitesi üzerindeki etkisini göstermek için temel bir deneysel çalışma yapılmıştır. Kapsamlı bir literatür taraması, viskoelastikiyeti ve katı deformasyonu anlamak için gerekli matematiksel temeli sağlamıştır. Üst taşınmış zaman türevi ve polimerik kurucu denklemler gibi kavramlar özetlenmiştir.Polimerik elastik gerilim içeren Reynolds denklemi, ince film lubrikasyon yaklaşımı altında birleştirilmiştir. viskoelastisite, polimer rahatlama süresinin gözlem süresine oranını, $t/t_o$, temsil eden birimsiz sayı olan $De$ ile karakterize edilir. Lubrikasyon bağlamında, gözlem süresi $t_o$ kanal uzunluğu $L$ ve akış hızı $U$ tarafından tanımlanır. Azaltılmış sayısal yöntemler, sonlu fark şemalarına dayanmakta ve $De$ ye göre akışın lineerleştirilmesini içermektedir. Oldroyd-B kurucu modeli kullanılarak doğrusallaştırılmış akış, doğrudan sayısal çözücülerle uyumlu daha karmaşık bir sayısal modelin temelini oluşturur. Doğrusal olmayan gerilim denklemlerini çözmek için benzersiz yarı-örtülü bir yöntem geliştirilmiştir. Katı ve sıvı çözücüler arasındaki bağlantı şematiklerle tam olarak açıklanmış ve sınır elemanları yöntemi sonlu fark yöntemiyle entegre edilmiştir. Sonuçları sunmadan önce, geliştirilen sayısal yöntemler daha önce yayınlanan makalelerde elde edilen sonuçlarla doğrulanmıştır. Elastohidrodinamik lubrikasyon sonuçları, yüksek deformabilite durumlarında $De$ ile artan sürtünme katsayısının azaldığını göstermektedir. EHL vakalarını daha iyi anlatmak için basamaklı kanallar incelenmiştir. Son olarak, gelecekteki kullanım için deneysel veriler sunulmuş ve bulgularımızı bağlamlandırmak için açıklamalar yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
Lubrication is crucial across various industries and natural environments to prevent direct contact between solid surfaces. Elastohydrodynamic lubrication specifically addresses situations where solid surfaces are likely to deform. Viscoelastic additives in fluids can alter lubrication characteristics significantly. Reduced models available today efficiently solve viscoelastic equations numerically in thin film contacts, surpassing direct numerical computations in efficiency. Employing numerical techniques, viscoelastic fluids within the linear elastic regime are successfully analyzed. Further investigations into contraction geometries aim to elucidate findings on soft lubrication. An elementary experimental study was conducted to demonstrate the effect of viscoelasticity on load-carrying capacity. A comprehensive literature review provided the necessary mathematical foundation for understanding viscoelasticity and solid deformation. Concepts such as the upper convected time derivative and polymeric constitutive equations were summarized. Reynolds equation, incorporating polymeric elastic stress, is combined under the thin film lubrication approximation. Viscoelasticity is characterized by the non-dimensional number $De$, which represents the ratio of polymer relaxation time to observation time $t / t_o$ . In the context of lubrication, the observation time $t/ t_o$ is defined as $L/U$, where $L$ is the length of the channel and $U$ is the speed of flow. The reduced numerical methods are based on finite differencing schemes and linearization of the flow with respect to $De$. The linearized flow using the Oldroyd-B constitutive model forms the basis for a more complex numerical model that is compatible with direct numerical solvers. A unique semi-implicit method has been developed to solve nonlinear stress equations. The coupling between solid and fluid solvers is fully explained with schematics, and the boundary element method is integrated with the finite difference method. Prior to presenting results, the developed numerical methods were validated against previous outcomes published in journal articles. Elastohydrodynamic lubrication results indicate that the friction coefficient decreases with increasing $De$ at high deformabilities. To further illustrate EHL cases, step-like channels were studied. Finally, experimental data is provided for future use, concluding with remarks to contextualize our findings.
Benzer Tezler
- İçerisinde parçacıklı viskoz akışkan bulunan öngerilmeli lifli viskoelastik kalın tüplerde harmonik dalga yayılımı
Propagation of harmonic waves in prestressed fiber viscoelastic thick tubes filled with a viscous dusty fluid
RAHMİYE ERGÜN
Doktora
Türkçe
2008
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMatematik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ ERCENGİZ
- Ön gerilmeli elastik tüp içerisinde pulsatif akımın incelenmesi
An investigation of pulsatile flow in a prestressed thin elastic tube
İLKAY BAKIRTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMekanik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ DEMİRAY
- Viscoelastic effects on structure and dynamics of liposomes in polymeric matrices
Polimerik matrislerde lipozomların yapısı ve dinamikleri üzerindeki viskoelastik etkiler
SELCAN KARAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERKAN ŞENSES
PROF. DR. SEDA KIZILEL
- Influence of conformation of hyaluronic acid in solution on proton mobility
Hyalüronik asit'in çözeltideki konformasyonunun proton hareketliliğine etkisi
GÖKÇE MİHLAÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OYA ATICI
PROF. DR. SIMONE KNAUS
- Numerical investigation of the viscoelastic fluids
Viskoelastik akışkanların sayısal incelenmesi
KERİM YAPICI
Doktora
İngilizce
2008
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. YUSUF ULUDAĞ
PROF. DR. BÜLENT KARASÖZEN