بررسي تاثير ماده‌ي مخاطي لزج موكوس و هندسه‌ي فلس بر كاهش پسا در ماهيان

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

روش‌هاي مختلفي براي كاهش پسا وجود دارد كه هر يك مزايا و معايب خود را دارا مي‌باشد. برخي از اين روش‌هاي نوآورانه با الهام از طبيعت كشف شده‌اند. فلس ماهيان گذر از حالت آرام به آشفته را به تاخير مي‌اندازد و با ايجاد ناحيه‌اي كم‌سرعت در نزديك سطح، سبب كاهش پسا مي‌شود. همچنين ماهيان با ترشح ماده مخاطي لزجي در سطح پوست خود، با ايجاد سرعت لغزش، سبب كاهش پسا فشاري و اصطكاكي مي‌شوند. در اين پژوهش عملكرد كاهش پسا فلس ماهيان و ماده مخاطي لزج در بخش مشخصي از بدن ماهي باس اروپايي، با استفاده از روش‌هاي عددي و اندازه‌گيري تجربي مورد مطالعه قرار گرفت. از اندازه‌گيري تجربي براي بررسي خواص رئولوژيكي، خواص سطح و ديناميك برخورد جريان با موكوس استفاده شد. در ابتدا خواص رئولوژيكي و فيزيكي موكوس و سطح بدن ماهي، بررسي گرديد. مشخص شد كه موكوس يك شاره غيرنيوتوني با خاصيت نازك شونده برشي است كه گرانروي آن تحت تاثير دما و تنش دچار تغيير مي‌شود. اين ماده در فركانس‌هاي پايين رفتار گرانروكشسان دارد. همچنين موكوس در مواجه شدن با فلس ماهيان، رفتار آبدوستي از خود نشان داده و چسبندگي بيشتري با سطح نسبت به آب دارد. در حل عددي از مدل آشفتگي ترنزيشن اس‌اس‌تي و مدل دوفازي وي‌ اُ اف در حالت شارپ_ديسپرسد براي مدلسازي جريان استفاده شد. در ابتدا سطح داراي فلس، در ناحيه مشخص از بدن ماهي، با سطح تخت مورد مقايسه قرار گرفت. براي مشخص شدن فيزيك جريان در مكان‌هاي مختلف از بدن ماهي، از ضخامت‌هاي مختلف لايه‌مرزي در ورودي فلس، در سرعت‌هاي m/s1/0، 1m/s و 5m/s (با ورودي جريان آرام و آشفته كه كمينه و بيشينه عدد رينولدز 8857 و 442870 بر حسب طول صفحه ايجاد مي‌كنند) استفاده شد. در گام دوم، نرخ تزريق موكوس در سرعت جريان آزاد 5m/s با دو پروفيل جريان ورودي آرام و آشفته، بررسي و اثرگذاري آن بر كاهش پسا در مقايسه با حالت بدون تزريق، تعيين گرديد. اين كار در نسبت‌هاي صخامت لايه‌مرزي به ارتفاع فلس(δ/h) برابر با 0 ،10 و 20، و اعداد بي بعد تزريق 5/1،0و 5/1 انجام شد. حالت بهينه تزريق نيز براي سرعت‌هاي m/s1/0، 1m/s، مورد ارزيابي قرار گرفت تا اثر موكوس در سرعت‌هاي پايين نيز مشخص شود. مشخص شد كه فلس ماهيان در سرعت‌هاي كم، سبب كاهش پسا مي‌شود. با افزايش سرعت جريان، نسبت‌هاي بزرگتري از δ/h براي دستيابي به كاهش پسا نياز است. به طوري‌كه در سرعت m/s1/0، در 15 δ/h= (64/3 درصد) و در سرعت m/s1، در 40 δ/h= (04/4 درصد)، كاهش پسا مشاهده شد. در نسبت‌هاي كوچك‌تر، فلس سبب افزايش پسا مي‌شود. در سرعت m/s5، تا 100 δ/h= كاهش پسا رخ نداد. همچنين افزايش پسا چشمگيري در ورودي جريان آشفته مشاهده شد. در سمت ديگر ماهي مي‌تواند در سرعت‌هاي بالا، با تزريق اندك موكوس (سرعت تزريق m/s0027/0 در عدد بي‌بعد تزريق 5/1 و سرعت جريان آزاد 5m/s ) پسا را كاهش دهد. به عبارتي ماهيان در سرعت‌هاي پايين از هندسه فلس و در سرعت‌هاي بالا از تزريق موكوس براي كاهش پسا استفاده مي‌كنند. با افزايش ميزان تزريق (اعداد بي‌بعد تزريق بالاتر) و كاهش ضخامت لايه مرزي، ميزان كاهش پسا بيشتر مي‌شود. در واقع با توجه به خاصيت غيرنيوتوني موكوس، ميزان نرخ برش افزايش و ميزان گرانروي كاهش مي‌يابد. با نزديك شدن گرانروي موكوس به گرانروي آب، درصد كاهش پسا بيشتر مي‌شود. به طوري‌كه در عدد بي بعد تزريق برابر با 5/1 و 0 δ/h= (ايده‌آل ترين شرايط)، 87/16درصد كاهش پسا مشاهده شد. با كاهش سرعت، موكوس عملكرد لازم را نداشته و به طور معكوس، سبب افزايش پسا مي‌شود. اين پژوهش گامي موثر در راستاي درك رفتار فلس و موكوس ماهيان در حين حركت آن‌ها مي‌باشد. نتايج اين پژوهش، رفتار ماهيان را توجيه مي‌كند. مي‌توان از اين نتايج در راستاي توليد محصول‌هاي فناورانه براي كاهش پسا استفاده كرد.

236034

تبديل انرژي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان