Τροποποίηση και δοκιμές καναλιού υγρού υμένα για χρήση με υγρά υψηλού ιξώδους

Abstract

Η ροή υγρού υμένα κατά μήκος διαμορφωμένου τοιχώματος αποτελεί μία ενδιαφέρουσα διαφοροποίηση από το κλασσικό πρόβλημα ρευστομηχανικής της ροής υγρού υμένα λόγω βαρύτητας (ροή Nusselt). Έχει ποικίλες εφαρμογές, οι οποίες σχετίζονται με τον έλεγχο των ρυθμών μεταφοράς σε τοίχωμα και σε διεπιφάνεια, όπως είναι ο σχεδιασμός επιφανειών σε εναλλάκτες θερμότητας διφασικής ροής και διαφόρων σχημάτων πληρωτικού υλικού σε στήλες απορρόφησης και απόσταξης. Παρ' όλες τις πολυάριθμες εφαρμογές του συγκεκριμένου είδους ροής, η μελέτη της τόσο θεωρητικά όσο και πειραματικά είναι περιορισμένη. Είναι γνωστό ότι η ροή υγρού υμένα κατά μήκος ενός κεκλιμένου επίπεδου τοιχώματος είναι γραμμικά ασταθής πάνω από τον κρίσιμο αριθμό Reynolds, Recr=(5/6)cotφ, όπου φ η γωνία κλίσης. Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η τροποποίηση καναλιού υγρού υμένα για χρήση με υγρά υψηλού ιξώδους καθώς και ο προσδιορισμός του κρίσιμου αριθμού Reynolds σε υψηλές γωνίες κλίσης, πάνω σε πλάκα ορθογωνικής διαταραχής. Παρουσιάζονται οι τροποποιήσεις που υπέστη το κανάλι καθώς και πειραματικά αποτελέσματα ροής υγρού υμένα σε κεκλιμένο κανάλι με περιοδικά διαμορφωμένο τοίχωμα. Χρησιμοποιήθηκε η αγωγιμομετρική τεχνική για την αποτύπωση της χρονικής εξέλιξης του ύψους υμένα υπό την επιβολή περιοδικής διαταραχής. Βρέθηκε ότι ο πειραματικός κρίσιμος αριθμός Reynolds, Recr, αντιστοιχεί στην τιμή όπου το ύψος κύματος που μετράται στην αρχή της ορθογωνικής πλάκας είναι ίσο με το ύψος κύματος που μετράται στο τέλος της. Η συνεισφορά της παρούσας εργασίας έγκειται στην αυξημένη ακρίβεια με την οποία προσδιορίζεται η μετάπτωση από την ευστάθεια στην αστάθεια. Έτσι, επιβεβαιώνεται με μεγάλη αξιοπιστία ότι η ορθογωνική διαμόρφωση του τοιχώματος έχει σταθεροποιητική επίδραση στη βασική ροή.