Numerisk studie av flödesregimer i roterande Couetteströmningar, Numerical study of flow regimes in rotating Couette flows

Sammanfattning på original språk (språket som rapporten är skriven på)

I detta kandidatexamensarbete undersöks hur effekten av rotation påverkar en smörjfilm och dess skjuvströmning då mekaniska delar roterar gentemot varandra. Tidigare experiment på området har begränsats av fysiska restriktioner, vilket gjorde att rapporten istället använde simuleringar för att fastställa flödets styrka och hastighetsgradient utifrån rotationshastighet och Reynoldstal. Denna sorts flöden kan liknas vid ett roterande Couettflöde om då något förenklat. I denna rapport undersöks plan roterande Couetteflöde och hur de flödesstrukturer som uppstår förändras i takt med varierande Reynoldstal och rotationshastighet.

Då tidigare experiment på detta område är begränsade fysikaliskt då uppställningarna ej kan rotera i högre hastigheter har denna rapport behandlat detta område genom simuleringar. Genom detta har även flödets styrka och hastighetsgradient kunnat fastställas utifrån rotationshastighet och Reynoldstal. De tidigare experimenten har uppmärksammat olika flödesstrukturer för olika Reynoldstal och rotationshastigheter. Detta ligger till grund för varför denna rapport genomförts. Med analys och jämförelse med tidigare experiment har modellen visats vara tillfredställande och ge pålitliga resultat.

Resultatet tyder på att flertalet flödesstrukturer uppstår inom det uppmätta, dimensionslösa intervallet för rotationstal Ω = 0 − 1, och att det verkar finnas få korrelationer mellan vorticiteten, gradienten och den kinetiska energins inverkan på den uppstådda strukturen. Däremot framkommer det att för turbulent flöde krävs hög rotation i samverkan med ett högt Reynoldstal. Vorticiteten och den kinetiska energin uppvisar liknande variationsmönster över testområdet och har ett maximum då rotationen är satt till Ω = 0.4 av den maximalt möjliga. Gradienten varierar kraftigt och ökar med ökat Reynoldstal och når sitt maximum då rotationen är ca Ω = 0.2. Detta innebär att virvelstyrkan varierar kraftigt i storlek och att flödesstrukturerna som uppstår kan ha olika komplexitetsgrad be- roende på rotationshastighet och Reynoldstal. Resultaten är viktiga för att förbättra förståelsen av rotationens effekt på strömningar i mekaniska system.