ΚΥΚΛΙΚΕΣ ΦΛΕΒΕΣ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΑΡΝΗΤΙΚΗΣ ΑΝΩΣΗΣ ΣΕ ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΣΤΡΩΜΑΤΩΜΕΝΟ

ΑΠΟΔΕΚΤΗ

ΓΙΩΡΓΟΣ Κ. ΣΤΑΜΟΥΛΗΣΠολιτικός Μηχανικός

Διπλωματική ΕργασίαΤμήμα Πολιτικών Μηχανικών Πανεπιστημίου ΘεσσαλίαςΕπιβλέπων: Παναγιώτης Παπανικολάου, Αν. Καθηγητής

2

ΤΥΠΟΣ ΤΗΣ ΡΟΗΣ ΠΟΥ ΘΑ ΜΕΛΕΤΗΣΟΥΜΕ

Z Zs ρa(z)

(a)

Buoyant Jet Fountain

Z

Zs

(b)

Θετικής άνωσης ρο<ρa(0)

Αρνητικής άνωσης ρο>ρa(0)

gο’0

gο’<0

gο’=(Δρο/ρο)g

3

Θεωρητικό υπόβαθρο - Ορισμοί

Ανωστική συχνότητα N

Αρχικές συνθήκες ροής(1) Ογκομετρική παροχή Q

(2) Ειδική ορμή M

(3) Ειδική άνωση BΦαινομενική βαρύτητα

go’

WAQ ,

QWM

QgB o'

ooao gg /)('

dzdgN

o

2

4

Διαστατική ανάλυση (ανωστική φλέβα)

Κλίμακες μήκους – Αδιαστατοποιημένα ύψη

Jet (B0) - απλή φλέβα

Plume (M0) - πλούμιο

Buoyant jet – ανωστική φλέβα

N

BMf

LZor

LZ

jp

2/1

4/1

NML j j

j

CLZ

4/3

4/1

NBLp p

p

CLZ

5

Προηγούμενες εργασίες (Z/Lj)

1

10

0.01 0.1 1 10 100 1000

MN/B

Z/L j

Fan (1967)

Abraham & Eysink (1969)

Wong&Wright (1988) -orthoWong&Wright (1988) -roundPapanicolaou et al. (1990)

Konstantinidou &Papanicolaou (2003)Series7

Bloomfield & Kerr (1998)

6

Προηγούμενες εργασίες(Z/Lp)

1

10

100

0.1 1 10 100 1000

MN/B

Z/L p

Morton et al.

7

Turner (1966) Παρούσα εργασία Ομοιόμορφη πυκνότητα Γραμμική

στρωμάτωση

Διαστατική ανάλυση (αρνητικής άνωσης)

2/1

4/3

;BMlC

lZ

MM

2/1

BMNC

Ll

CLZ

j

M

j

8

Προηγούμενες εργασίες: Αποτελέσματα

Z/Lj Zs/Lj

Average 3.46 2.381 MN/B>10B & K (1998) 2.94 1.55 B=0B & K (1998) 2.88 1.35 B<0 (fountain)

Z/Lp Zs/Lp

Average 4.34 2.991 MN/B<1MTT (1956) 3.80 B dominant

Fan (1967), Abraham & Eysink (1969), Wong & Wright (1988), Papanicolaou et al. (1990), Konstantinidou & Papanicolaou1 (2003)

9

ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Μελέτη μέγιστου ύψους και ύψους διάχυσης κατακόρυφων κυκλικών φλεβών θετικής (buoyant jets) και αρνητικής (fountains) άνωσης σε πυκνομετρικά στρωματωμένο αποδέκτη με γραμμική κατανομή πυκνότητας

Πειραματική εργασία

10

ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ (1) - Παράμετροι

Δεξαμενή: διατομή 0.90 m 0.60 m, βάθος 0.80 m

Διάμετρος Jet : 0.50, 0.75, 1 and 1.5 cmΚλίση πυκνότητας dρ/dz: 0.06 – 0.17 gr/Lt/cmΑρχικός Ro=QB1/2/M5/4: 0.003 - 0.405Αριθμός Reynolds: 1460 – 6700Πειράματα: 19 θετικής άνωσης,

11 αρνητικής άνωσης (2 PLIF)

MN/B: 0.19 – 726

11

ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ (2) – dρ/dz

Για τη δημιουργία του αποδέκτη με γραμμική πυκνομετρική στρωμάτωση εφαρμόσαμε την τεχνική των δύο δεξαμενών που προτείνει ο Oster (1964).

Η γραμμική στρωμάτωση εκτείνετο σε βάθος 60 cm, ενώ κοντά στον πυθμένα και ελεύθερη επιφάνεια της δεξαμενής διάχυσης η πυκνότητα ήταν ομοιόμορφη.

Η κατανομή της πυκνότητας μετρούνταν με ένα αισθητήρα microscale conductivity probe προσαρμοσμένο σε μαγνητική κλίμακα ανάγνωσης του βάθους, η δε καταγραφή τους γινόταν με υπολογιστή στα 200 Hz.

Το μέγιστο ύψος αναρρίχησης και ύψος διάχυσης πάνω από την πηγή γινόταν από τα Βίντεο των πειραμάτων με τη χρήση διπλού κανάβου στο πρόσθιο και όπισθεν διαφανές παράθυρο της δεξαμενής διάχυσης, κατασκευασμένα από διάφανο υλικό.

12

ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ (3) - SETUP

13

SETUP - Σχηματικά

ρ(z)

light fluid

heavy fluid

stratified ambient fluid

constant head tank

surface spreaders

Jet

flowmeter

14

Τυπικό πείραμαDate Run D indic F Q U

(cm) Flowmeter (cc/s) (cm/s)7/17/2007 exp-7 0.50 80 30.25 154.06

rho-amb rho-jet dρ/dz H Hs(gr/cc) (gr/cc) (gr/cc/cm) (cm) (cm)

1.0065 0.9969 0.125 47.50 25.00

Exp_07_17-07-07

y = 0.1246x + 1006.4R2 = 0.9995

10061006.5

1007

1007.5

1008

1008.5

10091009.5

10101010.5

1011

0 5 10 15 20 25 30 35 40z (cm)

ρ (g

r/l)

15

y = 0,1526x + 1005,8R

2 = 0,9997

100510061007100810091010101110121013

010

2030

40z (cm

)

ρ (gr/l)

Τυπικό πείραμα (2)

16

Φωτογραφίες από πειράματα

Plume

Fountain

Fountain

Jet

17

Αποτελέσματα

0.1

1

10

0.1 1 10 100 1000MN/B

Z/L j

, Zs/L

j ZS/Lj=1.95

Z/Lj=3.60

Z/lM=2Bloomfield & Kerr (1998) Z/Lj ZS/Lj

18

Αποτελέσματα (1)

(M/B)N >10 (jet)

(M/B)N <1 (plume)

60.34/12

MNZ

50.44/1

4/3

BNZ

19

Αποτελέσματα (2)

Jets & Fountains (MN/B>10)

Plumes (MN/B<1; B>0)

95.14/12

MNZ s

95.24/1

4/3

BNZ s

20

Κυκλικές ανωστικές φλέβες & fountains

Συγγραφείς Z/Lj (Μ/Β)Ν>10

ZS/Lj (Μ/Β)Ν>10

Παρούσα εργασία 3.58±0.12 1.94±0.11

Wong & Wright (1988) 3.60 ----

Fischer et al. (1979) 3.80 ----

Bloomfield & Kerr (1988) B=0

2.94±0.21 1.55±0.14

Bloomfield & Kerr (1988) B<0

2.88±0.10 1.35±0.11

21

Συμπεράσματα

1. Όταν MN/B>10, ανωστικές φλέβες και fountains συγκλίνουν στο ίδιο μέγιστο ύψος αναρρίχησης Z/Lj3.5, και μέσο ύψος διάχυσης ZS/Lj2 πάνω από την πηγή.

2. Όταν MN/B<1, για ροή πλουμίου Z/Lp 4.40 και ZS/Lp 2.92.

22

ΕυχαριστίεςΕυχαριστώ τους κ.κ. Ηλία Παππά, Μηχανολόγο Μηχανικό και Δημήτρη Καραμπερόπουλο, Ηλεκτρονικό Μηχανικό για τη συνδρομή τους στο σχεδιασμό και κατασκευή της πειραματικής συσκευής.

ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ ΠΟΛΥ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΣΟΧΗ ΣΑΣ