Steady Flow of Power Law Fluids across a Circular Cylinder

Authors


Abstract

The momentum equations describing the steady cross-flow of power law fluids past an unconfined circular cylinder have been solved numerically using a semi-implicit finite volume method. The numerical results highlighting the roles of Reynolds number and power law index on the global and detailed flow characteristics have been presented over wide ranges of conditions as 5 ≤ Re ≤ 40 and 0.6 ≤ n ≤ 2. The shear-thinning behaviour (n < 1) of the fluid decreases the size of recirculation zone and also delays the separation; on the other hand, the shear-thickening fluids (n > 1) show the opposite behaviour. Furthermore, while the wake size shows non-monotonous variation with the power law index, but it does not seem to influence the values of drag coefficient. The stagnation pressure coefficient and drag coefficient also show a complex dependence on the power law index and Reynolds number. In addition, the pressure coefficient, vorticity and viscosity distributions on the surface of the cylinder have also been presented to gain further physical insights into the detailed flow kinematics.

Abstract

Les équations de mouvement décrivant l'écoulement transversal permanent de fluides de loi de puissance en aval d'un cylindre circulaire non confiné ont été résolues numériquement par une méthode de volumes finis semi-implicite. Des résultats numériques soulignant le rôle du nombre de Reynolds et de l'indice de loi de puissance sur les caractéristiques d'écoulement globales et détaillées sont présentés pour de vastes gammes de conditions, soit 5 ≤ Re ≤ 40 et 0,6 ≤ n ≤ 2. Le comportement rhéofluidifiant (n < 1) du fluide réduit la taille de la zone de recirculation et accroît également la séparation; d'autre part, les fluides rhéoépaississants (n > 1) montrent un comportement opposé. En outre, alors que la taille du sillage varie de manière non monotone avec l'indice de loi de puissance, elle ne semble pas influencer les valeurs du coefficient de traînée. Le coefficient de pression de stagnation et le coefficient de traînée montrent aussi une dépendance complexe envers l'indice de loi de puissance et le nombre de Reynolds. Les distributions des coefficients de pression, de la vorticité et de la viscosité sur la surface du cylindre sont également présentées afin de mieux comprendre les cinématiques d'écoulement détaillées.

Ancillary