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

بررسی جریان های دو فازی به خصوص بررسی های مربوط به حرکت قطرات یک سیال در سیالی دیگر دارای کاربرد گسترده ای از جمله در صنایع نفت و گاز، صنایع پزشکی و داروسازی، استخراج فلزات، نیروگاه ها 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 پویز برای سیال بیرون استفاده شده است. در بخش آزمایشگاهی، از آب یون زدایی شده (دیونیزه) و گلیسیرین با نسبت های حجمی 79:21 و 83:17 به عنوان فاز قطره استفاده 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 می شود و حفره ای در قسمت انتهایی آن ایجاد می شود. نیروهای لختی، کشش سطحی و تنش های 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 می کند. طبق مشاهدات آزمایشگاهی، تغییرات نسبت لزجت روی شکل قطرات تاثیر چندانی ندارد و افزایش عدد رینولدز باعث کاهش ضریب فشار قطره می شود. همچنین نشان داده می شود که نتایج آزمایشگاهی با نتایج تحلیلی مطابقت خوبی دارند.