Προκαταρκτική μελέτη επίδρασης επιφανειακής τάσης στην ευστάθεια και τα χαρακτηριστικά ροής υγρού υμένα

Abstract

Λεπτοί υμένες συναντώνται σε σημαντικές συσκευές μεταφοράς θερμότητας και μάζας. Ενδιαφέροντα παραδείγματα αποτελούν οι συμπυκνωτές ατμού, οι εξατμιστήρες, οι ατμοπαραγωγικές εγκαταστάσεις και οι συσκευές επαφής όπου λαμβάνει χώρα απορρόφηση ελαφρά διαλυτού αερίου. Βασικό αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η πειραματική μελέτη της επίδρασης της επιφανειακής τάσης στην ευστάθεια και στα χαρακτηριστικά ροής υγρού υμένα, πάνω σε επίπεδο τοίχωμα. Είναι γνωστό ότι η ροή υγρού υμένα κατά μήκος ενός κεκλιμένου επίπεδου τοιχώματος είναι γραμμικά ασταθής πάνω από τον κρίσιμο αριθμό Recr=(5/6)cot(p, όπου φ η γωνία κλίσης. Σκοπός της εργασίας αυτής ήταν να βρεθεί πειραματικά, ο Recr στον οποίο γίνεται η μετάβαση από την ευστάθεια στη αστάθεια, για διάφορες τιμές επιφανειακής τάσης. Η μείωση της επιφανειακής τάσης έγινε με την προσθήκη επιφανειοδραστικών ουσιών. Συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν αλκοόλες (βουτανόλη και προπανόλη) σε συγκεντρώσεις τέτοιες ώστε να επιτυγχάνεται ένα κατάλληλο εύρος τιμών επιφανειακής τάσης. Έγιναν κάποιες τροποποιήσεις στην υπάρχουσα πειραματική διάταξη και χρησιμοποιήθηκε η αγώγιμο μετρική τεχνική για την αποτύπωση της χρονικής εξέλιξης του ύψους υμένα υπό την επιβολή περιοδικής διαταραχής. Βρέθηκε ότι ο παραγόντας που επηρεάζει τον πειραματικό κρίσιμο αριθμό Reynolds, δεν είναι η επιφανειακή τάση από μόνη της, αλλά ο αδιάστατος αριθμός Kapitza, ο οποίος περιλαμβάνει όλες τις ιδιότητες του ρευστού (επιφανειακή τάση, πυκνότητα και ιξώδες). Συγκκριμένα, ο πειραματικός κρίσιμος αριθμός Reynolds μειώνεται όσο μειώνεται ο αριθμός Kapitza, και καθώς μειώνεται, ελαχιστοποιείται και η διάφορα πειραματικού με θεωρητικού κρίσιμου αριθμού Re. Η συνεισφορά της παρούσας εργασίας έγκειται στην αυξημένη ακρίβεια με την οποία προσδιορίζεται η μετάπτωση από την ευστάθεια στην αστάθεια.