Πειραματική διερεύνηση οριζόντιων κυκλικών και μη αξονοσυμμετρικών ανωστικών φλεβών, σε ομογενή ακίνητο αποδέκτη

Abstract

Αν και η εφαρμογή οριζόντιων φλεβών για τη διάθεση θερμικών αποβλήτων (π.χ. νερού ψύξης) είναι αρκετά διαδεδομένη, υπάρχει περιορισμένος αριθμός εργασιών στη διεθνή βιβλιογραφία, που κατά κύριο λόγο βασίζονται περισσότερο στην περιγραφή της τροχιάς των φλεβών παρά στα τυρβώδη χαρακτηριστικά της. Στην παρούσα διατριβή μελετώνται πειραματικά οριζόντιες τυρβώδεις ανωστικές φλέβες που διαχέονται σε ήρεμο ομογενή αποδέκτη. Πραγματοποιήθηκαν πειράματα με φλέβες αλατόνερου και με θερμαινόμενες φλέβες. Για την κατάρτιση των τροχιών εφαρμόστηκε τεχνική σκιαγραφήματος με διπλό κάνναβο και τεχνικές LIF (Laser Induced Fluorescence). Πραγματοποιήθηκαν επίσης μετρήσεις θερμοκρασίας και υπολογισμός χαρακτηριστικών της τύρβης με τη χρήση αισθητήρων θερμοκρασίας ταχείας απόκρισης, καθώς και με τεχνικές LIF. Τα αποτελέσματα των πειραματικών μετρήσεων συγκρίθηκαν μεταξύ τους καθώς και με τα αποτελέσματα από την εφαρμογή μονοδιάστατων μαθηματικών ομοιωμάτων. Η εφαρμογή των διαφορετικών τεχνικών οπτικοποίησης της ροής έδειξε σημαντικά πλεονεκτήματα της χρήσης LIF. Από τις τροχιές των φλεβών διαπιστώθηκε ότι οι θερμαινόμενες φλέβες διανύουν μεγαλύτερες αποστάσεις σε σύγκριση με τις φλέβες αλατόνερου, για κοινές αρχικές συνθήκες, λόγω μη διατήρησης της αρχικής ανωστικής δύναμης στις θερμαινόμενες φλέβες. Διαπιστώθηκε επίσης ότι οι αδιάστατες τροχιές των φλεβών τείνουν να συμπέσουν, όσο η ροή έχει τα χαρακτηριστικά απλής φλέβας (jet), δηλαδή όσο μειώνεται ο αρχικός αριθμός Richardson. Τα αποτελέσματα επαληθεύτηκαν με την εφαρμογή μαθηματικού ομοιώματος, καθώς και με σύγκριση των οπτικών τροχιών και των τροχιών από τις μετρήσεις θερμοκρασίας. Από τα διαγράμματα μέσων τιμών, εντάσεων τύρβης και των λοιπών στατιστικών χαρακτηριστικών της τύρβης, διαπιστώθηκαν γενικές ομοιότητες και συνέπεια με αντίστοιχα στοιχεία από κατακόρυφες φλέβες. Η σημαντικότερη διαφορά είναι η ασυμμετρία που εισάγει η οριζόντια διεύθυνση της ροής, και η οποία είναι εμφανής σε όλες τις κατανομές. Εξετάστηκε επίσης η μεταβολή του πλάτους της φλέβας, καθώς και η μέση αραίωση στον άξονα. Από την ανάλυση των πειραματικών δεδομένων δεν διαπιστώθηκε κάποια σημαντική διαφοροποίηση στα χαρακτηριστικά ανάμειξης μεταξύ φλεβών από αξονοσυμμετρικά και μη αξονοσυμμετρικά ακροφύσια. Τέλος, με την απεικόνιση εγκάρσιων τομών φλεβών που έγινε με LIF, διαπιστώθηκε ότι ανεξάρτητα από το σχήμα του ακροφυσίου, η διατομή μιας μη αξονοσυμμετρικής οριζόντιας φλέβας μεταπίπτει σε κυκλική σε πολύ μικρή απόσταση από το ακροφύσιο.