توپولوژی الیاف منعطف بلند در جریان ویسکوز؛ مقایسه ای بر روش مدلسازی فیبر به روش زنجیره-میله با زنجیره-مهره

در این مقاله به بررسی سیر تحول شکل الیاف منعطف بلند در یک جریان برشی خطی سیال با رینولدز پایین با استفاده از دو روش عددی شبیه سازی در سطح-ذره شامل زنجیره -مهره و زنجیره-میله پرداخته شده و نتایج حاصله از دو روش مقایسه می شوند. در هر دو روش فیبر بصورت زنجیره ای از استوانه های صلب که توسط مفصل گوی و کاسه بهم متصل شده اند، مدل سازی می شود؛ با این حال در مدل زنجیره -مهره، هر میله خود نیز شامل زنجیره ای از مهره های کروی است. در تحلیل های پیش رو سیال نیوتنی بوده و تنها برهم کنش یک طرفه سیال بر فیبر لحاظ شده است. حرکت فیبر در سیال توسط معادلات اول و دوم اویلر توصیف می شود. در تطابق با نتایج تئوری و تجربی موجود، فیبر بر اساس خواص مکانیکی خود و شرایط جریان سیال، دو رژیم حرکتی صلب گونه و منعطف گونه از خود به نمایش می گذارد. نتایج نشان داد که دوره تناوب فیبر در رژیم حرکتی صلب گونه در روش زنجیره-میله و زنجیره-مهره به ترتیب ۰.۸% و ۱.۲% با تئوری جفری اختلاف دارند. در حرکت منعطف گونه S-شکل، دوره تناوب محاسبه شده از دو روش اختلاف اندک ۱% را نشان دادند. همچنین مشاهده شد که فیبر در اغلب اوقات همراستا با جهت جریان است و تنها زمان ناچیزی را صرف چرخش می کنند.