توسعه فرآيند ساخت و به كارگيري سطوح فوق آب گريز جهت كاهش پساي اصطكاكي

دكتري

بر اساس علم مكانيك سيالات مي توان نشان داد كه نيروي وارده بر يك صفحه تخت و افت فشار ايجادشده در يك كانال كاملاً ناشي از تنش برشي و يا نيروي اصطكاك سطحي است. در اجسام متقارن محوري نيز بخش عمده‌اي از نيروي پساي وارده به جسم (حدود 80 %)، نيروي پساي اصطكاكي است. در اين تحقيق هدف توليد و استفاده از سطوح فوق آب‌گريز جهت به‌كارگيري در كاهش پساي اصطكاكي مي‌باشد. اولين قدم در توليد سطوح فوق آب¬گريز در مقياس بزرگ توليد نانوذرات و ميكروذرات آب¬گريز مي¬باشد. بدين-منظور توليد پودرهاي آب¬گريز نانو لوله¬هاي¬كربني (CNT)، اكسيدسيليسيم (SiO2)، آلومينيوم فليك و آلومينيوم كروي در رساله حاضر انجام¬شده است. بعلاوه، به كمك مواد توليد شده، سطوح فوق آب¬گريز انعطاف¬پذير پليمري با قابليت تحمل فشار استاتيكي بالاتر از 4 بار، كه قابليت اتصال به زيرسطحي ها را دارا مي¬باشند، توليد شده اند. از خصوصيات اين سطوح قابليت توليد در مقياس هاي صنعتي بوده كه به كارگيري اين سطوح را در كاربردهاي عملي ممكن مي¬سازد. توليد لايه هاي كامپوزيتي فوق آب¬گريز از جنس پلي دي متيل سيلوكسان و نانوذرات آب گريز، بخش ديگري از رساله حاضر مي¬باشد. فيلم¬هاي كامپوزيتي توليد شده قابليت اجرا بر روي سطوح بزرگ با شكل هندسي پيچيده را نيز دارا مي¬باشند. همچنين پوشش¬دهي كامپوزيت فوق آب گريز بر پايه پاشش الكترواستاتيك، ديگر روش ابداع شده بوده كه توانايي توليد پوشش¬دهي سطوح با هندسه¬هاي پيچيده وسطح مقطع هاي بزرگ را به طور موثري فراهم مي كند. پس از ساخت سيستم اندازه گيري كاهش پسا و طول لغزش، رفتار كاهش پساي سطوح فوق آب‌گريز توليدشده مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان دهنده آن است كه كاهش پساي اي سطوح حدوداً بين 13 درصد تا 43 درصد براي تنش‌هاي برشي بين 5/1 تا 25 پاسكال مي باشد. طول لغزش به‌دست‌آمده براي اين سطوح نيز بين 10 تا 50 ميكرون مي¬باشد. در بخش عددي رساله نيز شبيه سازي هاي مختلفي جهت ارزيابي كاهش پساي سطوح انجام شده است. از روش شبيه‌سازي گردابه¬هاي بزرگ جهت مدل‌سازي اثرات لغزش در جريان آشفته توسعه‌يافته كانال در رينولدزهاي اصطكاكي 180، 395 و 500 استفاده‌شده است. بررسي نتايج مولفه¬هاي نوساني سرعت، تنش رينولدز و مقدار كاهش پسا نشان‌دهنده آن است كه با افزايش تنش برشي جريان نوسانات آشفتگي، تنش رينولدز و مقدار كاهش پساي اصطكاكي كاهش بيش¬تري را خواهند داشت. همچنين شبيه‌سازي جريان روي ساختارهاي سطحي ميكرومتري در رينولدز اصطكاكي 180، نشان دهنده آن است كه در اثر لغزش شدت اين نوسانات كاهش يافته و مكان مربوط به مقدار حداكثر آن¬ها به نواحي نزديك¬تر به ديواره منتقل شده است. بررسي ورتكس¬هاي چرخشي مجاور ديواره نيز نشان مي¬دهد كه در اثر لغزش حركت رگه¬هاي كم‌سرعت جريان به نواحي نزديك‌تر به ديواره محدودشده و مكان حداكثر حضور ورتكس¬ها به ديواره داراي لغزش نزديك شده است. بعلاوه قدرت ورتكس¬ها نيز كاهش‌يافته است. بعلاوه در اثر لغزش توليد انرژي جنبشي آشفتگي كاهش‌يافته و استهلاك ناشي از لزجت افزايش‌يافته است. در انتها، بر اساس داده هاي تجربي حاصل از آزمايش، مدلي كاربردي جهت پيش بيني كاهش پساي اصطكاكي سطوح داراي لغزش توسعه داده شده است. واژه¬هاي كليدي: سطوح فوق آب‌گريز، سيلانيزيشن، الكترواستاتيك، كاهش پساي اصطكاكي، ساختارهاي منسجم جريان آشفته

188808

دانشگاه علم و صنعت ايران

تبديل انرژي

دكتر نوروز محمد نوري