جریان غیرنیوتنی

جریان غیرنیوتنی (Non-Newtonian) و نیوتنی (Newtonian) چیست؟

یک سیال نیوتنی دارای یک رابطه خطی بین تنش (stress) و نرخ کرنش (strain rate) است؛ به طوری که نسبت تنش به نرخ کرنش، ویسکوزیته (viscosity) سیال است. یک جامد هوکی (Hookean solid) دارای یک رابطه خطی بین تنش و کرنش است که همان نسبت تنش به کرنش مدول جامد است. بسیاری از مواد دارای خواص میانی بین سیال نیوتنی و جامد هوکی هستند. اگر خواص عمدتاً شبه جامد باشند، مواد غیرهوکی نامیده می‌شوند که به عنوان ویسکوالاستیک (viscoelastic) توصیف می‌شوند. اگر خواص غالباً شبه سیال باشند، غیرنیوتنی نامیده می‌شوند و مواد به عنوان ویسکوز الاستیک (elastic viscous) تعریف می‌‌شوند.

بنابراین، یک سیال غیر نیوتنی دارای خاصیت الاستیک (کشسانی) و ویسکوز (چسبندگی) به طور همزمان است. همه سیالات در یک مقیاس زمانی مناسب غیرنیوتنی هستند، اگرچه مقیاس زمانی برای بسیاری از سیالات رایج مانند هوا و آب مختصر است. وقتی که مقیاس زمانی یک جریان (t_f) بسیار کمتر از زمان آرامش (relaxation time) (t_r) یک ماده الاستیکویسکوز (elasticoviscous) باشد، اثرات الاستیک غالب است. برعکس، وقتی t_f بسیار بیشتر از t_r باشد، اثرات الاستیک به اندازه کافی کم می‌شوند تا اثرات ویسکوز غالب شوند. نسبت t_f/t_r یک عدد بی‌بعد است که در مطالعه جریان سیالات غیرنیوتنی اهمیت ویژه‌ای دارد: وابسته به شرایط، این عدد را عدد دبورا (Deborah) یا عدد وایزنبرگ (Weissenberg) می‌نامند. اگر عدد دبورا یا وایزنبرگ کوچک باشد، می‌توان از اثرات الاستیک صرف نظر کرد و سیال غیرنیوتنی را به عنوان یک ماده کاملاً ویسکوز، البته با ویسکوزیته غیرثابت، درنظر گرفت. سیالات غیرنیوتنی به دو دسته وابسته به زمان و مستقل از زمان یا کاملاً ویسکوز تقسیم می‌شوند.

سیالات مستقل از زمان آن دسته از سیالاتی هستند که نرخ برش در یک نقطه معین فقط به تنش برشی لحظه‌ای بستگی دارد. این مواد گاهی اوقات به عنوان “سیالات ویسکوز غیرنیوتنی” یا “سیالات ویسکوز خالص” نامیده‌می شوند.

در برخی از سیالات، ویسکوزیته با زمان تغییر می‌کند وقتی که نرخ برش ثابت است. دو نوع رفتار متفاوت را می‌توان تشخیص داد: تیکسوتروپیک (thixotropic) و رئوپکتیک (rheopectic). ویسکوزیته با افزایش زمان کاهش می‌یابد؛ درحالی که ویسکوزیته با افزایش زمان برای سیال رئوپکتیک افزایش می‌یابد. تغییرات ویسکوزیته با زمان مرتبط با تغییرات در ساختار سیال است. وقتی که کشیدگی یا کرنش سیال آن ساختار را از بین می‌برد (برای مثال، با از بین بردن پیوندهای محلی درون سیال)، ویسکوزیته با افزایش زمان کاهش می‌یابد و در آن صورت، سیال تیکسوتروپیک می‌باشد. استدلال مشابهی را می‌توان برای کاهش ویسکوزیته با افزایش نرخ برش برای یک سیال شبه پلاستیک (pseudoplastic) پیش برد.

در مقابل، زمانی که کرنش باعث ایجاد ساختار می‌شود (به عنوان مثال، با ایجاد تراز محلی در سیال)، ویسکوزیته با افزایش زمان افزایش می‌یابد و در آن صورت، سیال رئوپکتیک می‌باشد. دوباره، استدلال مشابهی را می‌توان برای افزایش ویسکوزیته با افزایش نرخ برش سیال دیلاتانت (dilatant) پیش برد. بنابراین، شباهت یا تناسبی از یک سو، بین تیکسوتروپی و شبه پلاستیسیته و از سوی دیگر، بین رئوپکسی و دیلاتانسی وجود دارد. با این وجود، تغییرات ویسکوزیته با زمان متفاوت از تغییرات با نرخ برش است و نباید با آن اشتباه شود.

شما می‌توانید پروژه جریان خون غیرنیوتنی درون یک رگ مسدود را در لینک زیر مشاهده کنید که توسط گروه پردازشگران مهر انجام شده است:

جریان خون غیر نیوتنی در رگ مسدود

گروه پردازشگران مهر، متخصص در زمینه شبیه‌سازی CFD

گروه پردازشگران مهر با چندین سال تجربه در شبیه‌سازی مسائل مختلف در زمینه‌های مختلف CFD با استفاده از نرم‌افزار ANSYS Fluent آماده ارائه خدمات گسترده مدل‌سازی، مش‌بندی و شبیه‌سازی براساس نیاز مشتریان می‌باشد. خدمات ما محدود به موضوع ذکر شده نیست و گروه پردازشگران مهر آماده انجام پروژه‌های متفاوت و چالش برانگیز است. شما می‌توانید به صورت رایگان و بدون هزینه با کارشناسان ما مشورت کرده و با ارسال جزئیات مسأله به ما از طریق آدرس زیر، پروژه خود را سفارش بدهید.

[email protected]