كاهش درگ اصطكاكي به كمك پوشش هاي آب گريز

دكتري

چكيده در اين پايان نامه پديده كاهش نيروي اصطكاك پوسته ايي در مقابل حركت اجسام در آب به وسيله پوشش دهي با مواد آب گريز، به دو شيوه تجربي و شبيه سازي كامپيوتري مطالعه شده است. نياز به شناخت اين پديده به علت عدم وجود نظريه قطعي در تشريح مناسب فيزيك حاكم بر آن از يك سو و ساده و قابل اجرا بودن آن در شرايط مختلف باعث شد تا تحقيق حاضر انجام گردد. بدين منظور در اين تحقيق سعي بر آن بوده تا تشريح مناسبي از پديده كاهش نيروي اصطكاكي با استفاده از پوشش دهي، در مدل‌سازي‌ها و نتايج تجربي بدست آيد و در مراحل انجام پروژه قابليت مدل استفاده شده و استفاده بهينه از آن مورد توجه بوده است. در بخش فعاليت‌هاي تجربي، طراحي، ساخت، راه اندازي و آزمايش تجهيزات براي توليد سطوح آب گريز و مشاهده تأثير آن انجام شده است. با استفاده از تجهيزات فراهم شده سطوحي با قابليت تر ناپذيري بالا ايجاد شده، بطوريكه سطح پوشش داده شده زاويه تماسي در حدود 170 درجه و زاويه ديناميكي كمتر از 10 درجه را دارا مي‌باشد. علاوه بر اين پوشش ايجاد شده در داخل آب در حدود 14 روز و در هوا بيش از 6 ماه پايدار است. اندازه گيري‌هاي افت فشار در جريان داخلي براي سطوح پوشش داده شده حاكي از دستيابي به كاهش افت فشاري در حدود 30% مي‌باشد. از اهداف ديگر بخش تجربي پيش بيني ميزان كاهش نيروي پساي اصطكاكي براي جريان‌هاي آشفته و جريان‌هاي خارجي است. براي دستيابي به اين هدف از فرضيه ايي استفاده شده است. بدين معنا كه سطوحي كه از يك فرايند ساخت پيروي كنند و نرخ برشي يكسان بر روي آن‌ها برقرار باشد، طول لغزش يكساني را خواهند داشت. بدين صورت با محاسبه طول لغزش در جريان داخلي ميكرو كانال امكان محاسبه سرعت لغزشي و در نهايت محاسبه ميزان كاهش نيروي اصطكاكي در جريان آشفته داخلي و يا افزايش سرعت در جريان‌هاي خارجي فراهم خواهد شد. در بخش شبيه سازي كامپيوتري با بررسي مدل‌هاي موجود و روش‌هاي متداول، از مدلي به منظور امكان بررسي تأثير پوشش آب گريز در جريان زمينه استفاده شده است. در اين بخش قابليت اين مدل در كنار روش‌هاي شبيه سازيي غير از حل عددي مستقيم مورد توجه بوده و شبيه سازي شرايط مختلف پوشش دهي از جمله طول‌هاي مختلف لغزش و لغزش در راستاهاي متفاوت با مدل مذكور بررسي شده است. نتايج محاسباتي نشان مي‌دهد كه مدل استفاده شده بطور كامل مي‌تواند تأثير سطوح آب گريز را در تغيير شدت آشفتگي و ميدان ورتيسيتي نشان دهد. از موارد ديگري كه در بخش عددي به آن پرداخته شده است استفاده از روش المان تماسي به عنوان يك تابع ديواره مي‌باشد. روش لايه تماسي اين امكان را فراهم مي‌كند تا بتوان با ارائه مدلي در مجاورت ديواره محاسبات را كاهش داد. اين روش ضمن حساسيت به گراديان فشار در فواصل مختلف ديواره قابل اعمال بوده و اين ويژگي وجه تمايز اين روش نسبت به بسياري از توابع ديواره مي‌باشد. استفاده از مدل المان تماسي باعث كاهش حدود 70% سلول‌هاي محاسباتي شده، در حالي كه تخمين مناسبي از جريان در ناحيه بسيار نزديك به ديواره به دست آمده است. اميد است تا نتايج آزمايشگاهي و محاسباتي به دست آمده از اين تحقيق، امكان توسعه و بهبود اين روش را در تحقيقات آينده روشن‌تر سازد. كلمات كليدي: سطوح آب گريز، نيروي پساي اصطكاكي، شبيه سازي گردابه هاي بزرگ، ميكرو كانال

189455

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكترسيد مصطفي حسينعلي پور

مكانيك

دكتر نوروز محمد نوري