وثيقة
Coupled viscous flow in the presence of porous media
الناشر
Sultan Qaboos University
ميلادي
2011
اللغة
الأنجليزية
الملخص الإنجليزي
The simultaneous flow of a viscous fluid in an open space and in an adjoining porous medium is an example of a coupled flow due to apparent interaction between flows in the two regions. Because of numerous industrial and engineering applications, the theoretical studies of such flows have received a good deal of attention in the literature during the last four decades or so. This project is concerned with analytical and numerical investigations of some coupled flows of viscous incompressible fluids in the presence of bounding porous media which are assumed to be isotropic, fully saturated and with constant properties. Three basic flow problems from the literature have been analyzed in detail. The first problem (Chapter 2), comprising two parts, deals with generalized Couette flow, including heat transfer, of two immiscible fluids in a straight channel bounded below by a porous medium of finite thickness. Using the Brinkman equation to model the flow in the porous medium and assuming the presence of a heat source in the upper fluid of the clear region, exact solutions for velocity and temperature variables, in all three regions of flow, have been obtained subject to a host of matching and boundary conditions. The variation of velocity and temperature profiles in each region has been discussed graphically in relation to a number of non-dimensional parameters. In the next part, we have extended this problem by introducing another heat source term in the clear region. In the second problem (Chapter 3) of this project, the classical Stokes layer has been extended to the case when an infinite extent of viscous fluid is bounded below by an oscillating permeable medium. Using the Darcy law to model the flow in the porous region, in conjunction with the Beavers- Joseph slip condition at the porous interface, both steady state and transient solutions, including boundary layer thickness, have been obtained. The effect of two key parameters on the flow, has been analyzed by plotting unsteady velocity profiles in the clear region for a range of values of these parameters. The third and final flow problem (Chapter 4) considered in this project deals with the steady viscous flow between two infinite circular disks, rotating with constant but different angular velocities about their common axis. It is assumed that the lower disk, made of a porous material of low permeability, is rotating like a rigid body. We have used the continuity and momentum equations for both clear and porous regions in the cylindrical coordinate system to analyze this coupled flow. Using similarity solutions, the governing partial differential equations and the associated matching and boundary conditions have been transformed to a system of coupled non-linear ordinary differential equations for the similarity functions. A numerical method has been used to solve this system. Plots of various velocity components have been presented in two cases to illustrate the effects of rotation and permeability parameters.
الوصف
Thesis
المجموعة
URL المصدر
الملخص العربي
إن التدفق المتزامن للسوائل اللزجة في الفضاء المفتوح و بمحاذاة أجسام مجاورة يسهل اختراقها ، هو مثال حقيقي للتدفق المزدوج بسبب التفاعل الواضح بين التدفقات في المنطقتين. ونسبة للعديد من التطبيقات الصناعية والهندسية لهذه الظاهرة، فقد أولت الدراسات النظرية قدرا كبيرا من الاهتمام بهذه التدفقات خلال العقود الأربعة الماضية أو نحو ذلك. ويهتم مشروع هذا البحث على إجراء اختبارات تحليلية وعددية على بعض التدفقات المزدوجة من السوائل اللزجة غير المضغوطة مع وجود إحاطة بأجسام يسهل اختراقها ، والتي من المفترض أن تكون ذات خواص آیزوتروبية ، وتكون مشبعة تماما وذات خصائص ثابتة. وقد تم تحليل ثلاث مشاكل أساسية للتدفق بالتفصيل من خلال الأدبيات السابقة حول هذا الموضوع. المشكلة الأولى (الفصل الثاني ) ، والتي تتكون من جزاين ، قد تناولت تدفق كويت العام ، بما في ذلك نقل الحرارة، واثنين من السوائل القابلة للامتزاج في قناة مباشرة محاطة من الأسفل بوسيط يسهل اختراقه ويتميز بسمكه المحدود. وباستخدام معادلة برينكمان لعمل نموذج التدفق في الوسيط الذي يسهل اختراقه ، ومع افتراض وجود مصدر حراري في السائل العلوي من المنطقة الواضحة ، فإن الحلول الحقيقية لمتغيرات السرعة ودرجة الحرارة في جميع مناطق التدفق الثلاث ، إمكانية الوصول إليها باتت في المتناول بشرط توفر مجموعة من الشروط المطابقة وفي حدود معينة. وقد تمت مناقشة اختلاف الملامح في السرعة ودرجة الحرارة في كل منطقة عن طريق الرسوم البيانية فيما يتعلق بعدد من المتغيرات غير البعدية. أما في الجزء الثاني من هذا الفصل ، فقد تم توسيع هذه المشكلة عن طريق إدخال مصطلح أخر المصدر الحرارة في المنطقة الواضحة. المشكلة الثانية (الفصل الثالث من هذا المشروع، قد تم فيها تمدید طبقة ستوكس الكلاسيكية في الوقت الذي يكون المدى اللانهائي للسائل اللزج الغروي محددا من الأسفل بوسيط متأرجح النفاذ وباستخدام قانون دارسي لعمل نموذج للتدفق في المنطقة التي يسهل اختراقها ، بالتزامن مع حالة انزلاق بيفرس۔ جوزيف في الواجهة التي يسهل اختراقها ، وكلتا الحالتين المستقرة والحلول العابرة ، بما في ذلك سماكة طبقة الحدود ، تم الحصول عليها عن
طريق تأثير معاملين رئيسيين على التدفق ، وقد تم تحليلها عن طريق تصميم سرعة متقطعة الملامح الصور في المنطقة الواضحة لمجموعة من القيم لهذا المعامل. مشكلة التدفق الثالثة والأخيرة (الفصل الرابع ) من هذا البحث تتعامل مع التدفق المطرد للسوائل اللزجة بين قرصين دائريين لانهائيين ، يدوران بسرعة في زاوية ثابتة ولكنها مختلفة حول المحور المشترك بينهما ومن المفترض أن يكون القرص الأدنی مصنوعا من مادة مسامية ذات نفاذية منخفضة ، ويدور كجسم جامد. وقد تم استخدام معادلات الاستمرارية والقوة الدافعة لكلتا المنطقتين الواضحة و سهلة الاختراق وقد استخدم نظام التنسيق الأسطواني لتحليل هذا التدفق و باستخدام حلول التشابه ، وإدارة المعادلات التفاضلية الجزئية والمطابقات المرتبطة بها و شروط الحدود التي تم تحويلها إلى جانب النظام غير الخطي للمعادلات التفاضلية العادية لمهام التشابه وقد استخدمت طريقة عددية لحل هذا النظام و عرضت قطع من مكونات سرعة مختلفة في الحالتين لتوضيح آثار معامل الدوران والنفاذية
طريق تأثير معاملين رئيسيين على التدفق ، وقد تم تحليلها عن طريق تصميم سرعة متقطعة الملامح الصور في المنطقة الواضحة لمجموعة من القيم لهذا المعامل. مشكلة التدفق الثالثة والأخيرة (الفصل الرابع ) من هذا البحث تتعامل مع التدفق المطرد للسوائل اللزجة بين قرصين دائريين لانهائيين ، يدوران بسرعة في زاوية ثابتة ولكنها مختلفة حول المحور المشترك بينهما ومن المفترض أن يكون القرص الأدنی مصنوعا من مادة مسامية ذات نفاذية منخفضة ، ويدور كجسم جامد. وقد تم استخدام معادلات الاستمرارية والقوة الدافعة لكلتا المنطقتين الواضحة و سهلة الاختراق وقد استخدم نظام التنسيق الأسطواني لتحليل هذا التدفق و باستخدام حلول التشابه ، وإدارة المعادلات التفاضلية الجزئية والمطابقات المرتبطة بها و شروط الحدود التي تم تحويلها إلى جانب النظام غير الخطي للمعادلات التفاضلية العادية لمهام التشابه وقد استخدمت طريقة عددية لحل هذا النظام و عرضت قطع من مكونات سرعة مختلفة في الحالتين لتوضيح آثار معامل الدوران والنفاذية
قالب العنصر
الرسائل والأطروحات الجامعية