Χαρακτηριστικά μοναχικών κυμάτων σε ροή υγρού υμένα : η επίδραση της κλίσης

Abstract

Η ροή υγρού υμένα είναι σημείο αναφοράς για τη μηχανική των ρευστών καθώς αποτελεί αντικείμενο έρευνας για πλήθος επιστημόνων ανά τον κόσμο και πάνω της στηρίζονται πολλές βιομηχανικές εφαρμογές. Με τον όρο ροή υγρού υμένα εννοείται η ροή σε στοιβάδα πάχους πολύ μικρότερου σε σχέση με τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά της μήκη. 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 εξατμιστήρες/συμπυκνωτές και οι ατμοπαραγωγικές εγκαταστάσεις. Η παρούσα εργασία μελετά τα χαρακτηριστικά των μοναχικών κυμάτων που εμφανίζονται κατά τη ροή υγρού υμένα σε κεκλιμένο επίπεδο τοίχωμα δίνοντας έμφαση στην επίδραση της κλίσης. Για τα πειράματα χρησιμοποιήθηκε ιδιοκατασκευή του εργαστηρίου και το ρευστό ήταν νερό. Η μέθοδος συλλογής των δεδομένων είναι απεικόνιση με φθορισμό, κατά την οποία το υγρό εμπλουτίζεται με χρωστική και υπό την επίδραση υπεριώδους ακτινοβολίας εκπέμπει σε καθορισμένο ορατό μήκος κύματος. Η ένταση της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας είναι ανάλογη του τοπικού πάχους του υμένα. 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. Παρατηρήθηκε ότι σε χαμηλές συχνότητες διαταραχής εμφανίζονται παρασιτικά κύματα. Επίσης, σε χαμηλές τιμές του αριθμού Re τα κύματα είναι διδιάστατα, ενώ σε υψηλότερες τιμές μεταβαίνουν σε τρισδιάστατες δομές. Αποδείχθηκε ότι το μήκος, το ύψος και η φασική ταχύτητα των διδιάστατων κυμάτων αυξάνονται με αύξηση του αριθμού Re και επαληθεύτηκε η γραμμική συσχέτιση μεταξύ των διαστατικών τιμών της φασικής ταχύτητας και του μέγιστου ύψους του κύματος. Τέλος, εξετάστηκε η αδιαστατοποίηση των αποτελεσμάτων, τόσο με το πάχος του υμένα και τη μέση ταχύτητα κατά Nusselt, όσο και με τα αντίστοιχα μεγέθη του υποστρώματος της ροής.