Thermal Hydraulics & Multiphase Flow Laboratory Μοντελοποίηση Συστημάτων Σωματιδίων – Ρευστών σε Παραμορφώσιμους Σωλήνες Βασίλης Γκανής Φεβρουάριος 2009 Εργαστήριο Θερμοϋδραυλικής και Πολυφασικών Ροών Εθνικό Κέντρο Έρευνας Φυσικών Επιστημών ‘Δημόκριτος’

Thermal Hydraulics & Multiphase Flow Laboratory Ροή Πάνω Από Gel σε Μικρούς Αριθμούς Reynolds Παραμορφώσιμο Υλικό (Gel) Ρευστό  Θερμικές/Μηχανικές διαταραχές δημιουργούν κύματα στη διεπιφάνεια  Η ροή μπορεί να μεγεθύνει το ύψος των επιφανειακών διαταραχών  Εμφάνιση πολύπλοκης ροής  Μπορεί να επηρεάσει το ρυθμό μεταφορά θερμότητας/μάζας  Μπορεί να μεταβάλει την τιμή των stresses στο gel Άκαμπτα Τοιχώματα Ρευστό Παραμορφώσιμα Τοιχώματα

Thermal Hydraulics & Multiphase Flow Laboratory Πειραματικά Δεδομένα: Ροή πάνω από Gel Πειράματα: R. Muralikrishnan and V. Kumaran, Phys. Fluids, 14, 775 (2002) μ (Pa s) (1/s) Shear stress Χρόνος Στερεό: Polyacrylamide gel Ρευστό: Silicon oil Άκαμπτο τοίχωμα Μετάβαση σε πολύπλοκη ροή

Thermal Hydraulics & Multiphase Flow Laboratory Πιθανές Εφαρμογές  Microfluidic Devices  Η ροή είναι σε μικρούς αριθμούς Reynolds  Δύσκολη ανάμειξη  Παραμορφώσιμα τοιχώματα μπορούν να βοηθήσουν στην ανάμειξη  “Δέρμα” Καρχαρία  Αύξηση του αριθμού Reynolds για τη μετάβαση σε τυρβώδη ροή  Μείωση της αντίστασης (Drag Force)  Μείωση των απαιτούμενων καυσίμων ή αύξηση της ταχύτητας  Coating/Polymer processing Ροή ρευστού πάνω από “μαλακό” στρώμα στερεού  Ροή ρευστών στο ανθρώπινο σώμα Ροή σε παραμορφώσιμους σωλήνες

Thermal Hydraulics & Multiphase Flow Laboratory Πρόβλημα: Ροή σε Παραμορφώσιμο Σωλήνα Vo Ρευστό Παραμορφώσιμος Σωλήνας V(z,y) Ρευστό • Ασυμπίεστο • Νευτώνιο Παραμορφώσιμος Σωλήνας • Ασυμπίεστος • Ελαστικός • Neo-Hookean Υλικό Είσοδο: Ταχύτητα Vο, plug flow Η διατομή της εισόδου και της εξόδου δεν παραμορφώνεται

Thermal Hydraulics & Multiphase Flow Laboratory Μεθοδολογία Επίλυση του πεδίο ροής (Π. Νεοφύτου) Υπολογισμός των δυνάμεων πάνω στη διεπιφάνεια Παραμόρφωση του σωλήνα Υπολογισμός νέας θέσης της διεπιφάνειας Σύγκλιση λύσης ; Όχι Ναι Εκτύπωση λύσης Αρχικές συνθήκες, Αρχική γεωμετρία

Thermal Hydraulics & Multiphase Flow Laboratory Αποτελέσματα Ροή σε άκαμπτο σωλήνα Ροή σε παραμορφώσιμο σωλήνα

Thermal Hydraulics & Multiphase Flow Laboratory Ροή Αίματος σε Μηχανική Καρδιά J.M.A. Stijnena, J. de Hartb, P.H.M. Bovendeerda, F.N. van de Vosse, Journal of Fluids and Structures, 19, 835 (2004) Η γλώχινα(leaflet) της βαλβίδας δεν παραμορφώνεται Προφίλ Ταχύτητας, V V Ρευστό: 36% κ.ο γλυκερίνη, Re=750 γλώχινα (leaflet)

Thermal Hydraulics & Multiphase Flow Laboratory Μελλοντική Δουλειά: Ροή σε Μηχανική Καρδιά Η γλώχινα της βαλβίδας θα μπορεί να παραμορφωθεί και να καμφθεί

Thermal Hydraulics & Multiphase Flow Laboratory Mesh Generation: Pseudo Solid Approach

Thermal Hydraulics & Multiphase Flow Laboratory Ευχαριστούμε !