Μελέτη οδευόντων κυμάτων σε κεκλιμένο κανάλι ροής

Abstract

Η ροή υγρού υμένα αποτελεί ένα σημαντικό πεδίο της μηχανικής των ρευστών καθώς απαντάται σε πληθώρα βιομηχανικών εφαρμογών και έχει γίνει αντικείμενο έρευνας για πολλούς επιστήμονες ανά τον κόσμο. Με τον όρο ροή υγρού υμένα αναφερόμαστε στη ροή με ελεύθερη επιφάνεια της οποίας το πάχος είναι πολύ μικρότερο των υπολοίπων χαρακτηριστικών της μηκών. Η ευρεία χρήση της ροής υγρού υμένα οφείλεται στην ικανότητα της να μεταφέρει θερμότητα και μάζα σε χαμηλή υδραυλική αντίσταση. Χαρακτηριστικά παραδείγματα του πεδίου εφαρμογής της, αποτελούν οι συμπυκνωτές ατμού, οι εξατμιστήρες και ατμοπαραγωγικές εγκαταστάσεις. Η παρούσα εργασία πραγματεύεται την πειραματική μελέτη των χαρακτηριστικών των οδευόντων κυμάτων (κυρίως των μοναχικών), που εμφανίζονται κατά τη ροή υγρού υμένα σε κεκλιμένο επίπεδο τοίχωμα. Για τα πειράματα χρησιμοποιήθηκε ιδιοκατασκευή του εργαστηρίου και το ρευστό ήταν το νερό. Η μέθοδος συλλογής των δεδομένων είναι η μέθοδος απεικόνισης με φθορισμό κατά την οποία το τοπικό πάχος του υμένα είναι ανάλογο της έντασης της ακτινοβολίας που εκπέμπει ο υμένας κάτω από την υπεριώδη ακτινοβολία και λόγω της χρωστικής ουσίας που περιέχει. Οι κυριότερες παράμετροι του προβλήματος είναι ο αριθμός Re, η κλίση του καναλιού και η συχνότητα της εξωτερικά επιβαλλόμενης διαταραχής. Στην παρούσα εργασία εξετάζονται κυρίως τα χαρακτηριστικά των διδιάστατων πλήρως ανεπτυγμένων μοναχικών κυμάτων. Επιβεβαιώθηκε ότι για χαμηλές συχνότητες εξωτερικά επιβαλλόμενης διαταραχής εμφανίζονται παρασιτικά κύματα και ότι οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ διαδοχικών κυμάτων οφείλονται στη διαφορά του ύψους τους. Διαπιστώθηκε ότι η επιβολή διαταραχής όμοιας συχνότητας αλλά διαφορετικού πλάτους επιφέρει διαφοροποίηση των κυματομορφών και ότι για ίδιες διαταραχές αλλά για διαφορετικούς αριθμούς Re δεν υπάρχει μεταβολή του ύψους του κύματος αλλά μετατόπιση του σε υψηλότερο υπόστρωμα. Επίσης παρατηρήθηκε ότι η αύξηση του αριθμού Re έχει ως συνέπεια την αύξηση του μήκους κύματος, ενώ η αύξηση της συχνότητας της διαταραχής επιφέρει το αντίθετο αποτέλεσμα. Ακόμα, τεκμηριώθηκε η γραμμική συσχέτιση μεταξύ της φασικής ταχύτητας και του μέγιστου ύψους του κύματος και προτάθηκε ένας εναλλακτικός τρόπος αδιαστατοποίησης των χαρακτηριστικών μεγεθών του κύματος. Τέλος, παρατηρήθηκε ότι η τρισδιάστατη αστάθεια δεν οδηγεί σε χρονικό χάος.