Μελέτη μοναχικών κυμάτων κατά τη ροή υγρού υμένα σε επίπεδο τοίχωμα μήκους 3 μέτρων

Abstract

Λεπτοί υμένες υγρού συναντώνται σε σημαντικές συσκευές μεταφοράς θερμότητας και μάζας. Λέγοντας ροή λεπτού υμένα υγρού, εννοούμε την ροή αυτή στην οποία το πάχος του ρευστού είναι πολύ μικρό σε σχέση με τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά μεγέθη της. Η ικανότητα των υγρών υμένων να μεταφέρουν θερμότητα και μάζα με χαμηλή υδραυλική αντίσταση είναι αυτή που έχει οδηγήσει στη ευρεία χρήση τους σε διάφορες βιομηχανικές εφαρμογές. Η ερευνητική προσπάθεια που πραγματοποιείται στο εργαστήριο στοχεύει στην κατανόηση των βασικών μηχανισμών που διέπουν τα φαινόμενα ροής σε υμένες υγρού, τα οποία συνδέονται άμεσα με τα φαινόμενα μεταφοράς μάζας ή θερμότητας. Στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής του κ. Μ. Βλαχογιάννη κατασκευάστηκε μια πειραματική διάταξη στο Εργαστήριο Φυσικών και Χημικών Διεργασιών του τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας. Η διάταξη απαρτιζόταν από ένα κανάλι ροής μήκους 0,8m και ενός συστήματος ψηφιακής απεικόνισης. Τα φαινόμενα που παρατηρήθηκαν κατά τη διεξαγωγή πειραμάτων έδειξαν την ανάγκη παρατήρησης της δυναμικής εξέλιξής τους σε ένα μεγάλο μήκος ροή που υπερέβαινε κατά πολύ τις δυνατότητες της συγκεκριμένης συσκευής. Έτσι, μια κατασκευάστηκε ένα κανάλι μήκους 3m στο ίδιο εργαστήριο. Η παρούσα εργασία πραγματεύεται την πειραματική μελέτη της δυναμικής της ροής υμένα πάνω από επίπεδο και περιοδικά διαμορφωμένο τοίχωμα. Για τα πειράματα χρησιμοποιήθηκε ιδιοκατασκευή του εργαστηρίου. Η μέθοδος συλλογής των δεδομένων είναι η μέθοδος απεικόνισης με φθορισμό σύμφωνα με την οποία το τοπικό πάχος του υμένα είναι ανάλογο της έντασης της ακτινοβολίας που εκπέμπει ο υμένας κάτω από την υπεριώδη ακτινοβολία και λόγω χρωστικής που περιέχει. Τα πειράματα έγιναν με νερό στο οποίο υπήρχε διαλυμένη η φθορίζουσα χρωστική ουσία ουρανίνη (Sodium Salt of Fluorescein-C20HioOsNa2) σε ποσότητα 250 ppm πάνω από επίπεδο τοίχωμα με σταθερή γωνία κλίσης φ=3,16°. Οι παράμετροι, η επίδραση των οποίων μελετήθηκε είναι η συχνότητα της εξωτερικά επιβαλλόμενης διαταραχής και ο αριθμός Re . Τα αποτελέσματα στο επίπεδο κανάλι αφορούν ροή κάτω από την επίδραση εξωτερικά επιβαλλόμενης διαταραχής. Μελετήθηκαν τα χαρακτηριστικά των δημιουργούμενων κυμάτων, όπως επίσης και οι αλληλεπίδραση του ύψους των κυμάτων με τον χρόνο και με την κατάντη απόσταση του καναλιού. Τέλος βρέθηκε ο κρίσιμος αριθμός Recr για τον οποίο στις δυο διαταραχές που επιβλήθηκαν εμφανίζονται τρισδιάστατες δομές κυμάτων χωρίς όμως να η παρούσα εργασία να ασχολείται περαιτέρω με αυτές τις δομές.