Πλούμια αναμείξιμων και μη αναμείξιμων υγρών

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η συμπεριφορά πλουμιών, αναμείξιμων και μη αναμείξιμων υγρών. Συγκεκριμένα, διερευνήθηκαν τα χαρακτηριστικά ροής πλουμιών, όταν αυτά διαχέονται από βυθισμένο δοχείο σε αποδέκτη μεγαλύτερης πυκνότητας, κατά την έξοδό τους από κυκλική οπή χωρίς αρχική ταχύτητα. Αρχικά μελετήθηκαν πλούμια μη αναμείξιμων υγρών, από βυθισμένα δοχεία πληρωμένα με κηροζίνη ή αραβοσιτέλαιο, σε δεξαμενή νερού σε ηρεμία. Μελετήθηκε η αστάθεια της φλέβας μη αναμείξιμων υγρών, δηλαδή ο αριθμός Richardson της εξερχόμενης φλέβας σαν συνάρτηση του αριθμού Reynolds στο στόμιο. Στην περιοχή των αριθμών Reynolds που μελετήθηκε, ο αριθμός Richardson μειώνεται αυξανομένου του πρώτου. Επίσης, ερευνήθηκε η απόσταση από το ακροφύσιο όπου γίνεται η μετάβαση του πλουμίου από συνεχή φλέβα σε σταγονίδια (breakdown). Αναφορικά με τα αναμείξιμα υγρά, παρατηρήσαμε ότι το πλούμιο του ελαφρύτερου ρευστού που εξέρχεται από μία οπή διατηρεί τα χαρακτηριστικά των πλουμιών (π.χ. το συντελεστή συμπαράσυρσης) όπως αυτά έχουν μετρηθεί στο εργαστήριο. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν είτε με τη χρήση χρώματος για οπτικοποίηση της φλέβας, είτε με τομογραφία της φλέβας με τεχνικές laser, δηλαδή με laser induced fluorescence (LIF). Ο συντελεστής συμπαράσυρσης, όπως είχε μετρηθεί κατά το παρελθόν, επιβεβαιώθηκε έμμεσα από τον υπολογισμό της ταχύτητας καθόδου της διεπιφάνειας αναμειγμένου και μη νερού, στη δεξαμενή διάχυσης με σταθερή διατομή. Αυτό επετεύχθη με βάση τον υπολογισμό της παροχής σαν συνάρτηση της απόστασης από το νοητό σημείο εκροής της φλέβας (virtual origin), που προσδιορίστηκε από τις πειραματικές μετρήσεις και τη θεωρητική εξίσωση υπολογισμού της παροχής ενός πλουμίου.