Κυκλικές φλέβες θετικής και αρνητικής άνωσης, σε γραμμικά στρωματωμένο αποδέκτη: Σταμούλης Γ.

1. ΚΥΚΛΙΚΕΣ ΦΛΕΒΕΣ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΑΡΝΗΤΙΚΗΣ
ΑΝΩΣΗΣ ΣΕ ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΣΤΡΩΜΑΤΩΜΕΝΟ
ΑΠΟΔΕΚΤΗ
ΓΙΩΡΓΟΣ Κ. ΣΤΑΜΟΥΛΗΣ
Πολιτικός Μηχανικός
Διπλωματική Εργασία
Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Πανεπιστημίου Θεσσαλίας
Επιβλέπων: Παναγιώτης Παπανικολάου, Αν. Καθηγητής

2. 2
ΤΥΠΟΣ ΤΗΣ ΡΟΗΣ ΠΟΥ ΘΑ ΜΕΛΕΤΗΣΟΥΜΕ
Z
Zsρa(z)
(a)
Buoyant Jet Fountain
Z
Zs
(b)
Θετικής άνωσης
ρο<ρa(0)
Αρνητικής άνωσης
ρο>ρa(0)
gο’0
gο’<0
gο’=(Δρο/ρο)g

3. 3
Θεωρητικό υπόβαθρο - Ορισμοί
 Ανωστική συχνότητα N
 Αρχικές συνθήκες ροής
(1) Ογκομετρική παροχή Q
(2) Ειδική ορμή M
(3) Ειδική άνωση B
Φαινομενική βαρύτητα go’
WAQ ,
QWM 
QgB o
'

ooao gg  /)('

dz
dg
N
o


2

4. 4
Διαστατική ανάλυση (ανωστική φλέβα)
Κλίμακες μήκους – Αδιαστατοποιημένα ύψη
Jet (B0) - απλή φλέβα
Plume (M0) - πλούμιο
Buoyant jet –
ανωστική φλέβα






 N
B
M
f
L
Z
or
L
Z
jp
2/1
4/1
N
M
Lj  j
j
C
L
Z

4/3
4/1
N
B
Lp  p
p
C
L
Z


5. 5
Προηγούμενες εργασίες (Z/Lj)
1
10
0.01 0.1 1 10 100 1000
MN/B
Z/Lj
Fan (1967)
Abraham & Eysink (1969)
Wong&Wright (1988) -
ortho
Wong&Wright (1988) -
round
Papanicolaou et al. (1990)
Konstantinidou &
Papanicolaou (2003)
Series7
Bloomfield & Kerr (1998)

6. 6
Προηγούμενες εργασίες(Z/Lp)
1
10
100
0.1 1 10 100 1000
MN/B
Z/Lp
Morton et al.

7. 7
Turner (1966) Παρούσα εργασία
Ομοιόμορφη πυκνότητα Γραμμική στρωμάτωση
Διαστατική ανάλυση (αρνητικής άνωσης)
2/1
4/3
;
B
M
lC
l
Z
M
M

2/1







B
MN
C
L
l
C
L
Z
j
M
j

8. 8
Προηγούμενες εργασίες: Αποτελέσματα
Z/Lj Zs/Lj
Average 3.46 2.381 MN/B>10
B & K (1998) 2.94 1.55 B=0
B & K (1998) 2.88 1.35 B<0 (fountain)
Z/Lp Zs/Lp
Average 4.34 2.991 MN/B<1
MTT (1956) 3.80 B dominant
Fan (1967), Abraham & Eysink (1969), Wong & Wright (1988),
Papanicolaou et al. (1990), Konstantinidou & Papanicolaou1 (2003)

9. 9
ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
 Μελέτη μέγιστου ύψους και ύψους διάχυσης
κατακόρυφων κυκλικών φλεβών θετικής (buoyant
jets) και αρνητικής (fountains) άνωσης σε
πυκνομετρικά στρωματωμένο αποδέκτη με γραμμική
κατανομή πυκνότητας
 Πειραματική εργασία

10. 10
ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ (1) - Παράμετροι
Δεξαμενή: διατομή 0.90 m  0.60 m,
βάθος 0.80 m
Διάμετρος Jet : 0.50, 0.75, 1 and 1.5 cm
Κλίση πυκνότητας dρ/dz: 0.06 – 0.17 gr/Lt/cm
Αρχικός Ro=QB1/2/M5/4: 0.003 - 0.405
Αριθμός Reynolds: 1460 – 6700
Πειράματα: 19 θετικής άνωσης,
11 αρνητικής άνωσης (2 PLIF)
MN/B: 0.19 – 726

11. 11
ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ (2) – dρ/dz
 Για τη δημιουργία του αποδέκτη με γραμμική πυκνομετρική
στρωμάτωση εφαρμόσαμε την τεχνική των δύο δεξαμενών που
προτείνει ο Oster (1964).
 Η γραμμική στρωμάτωση εκτείνετο σε βάθος 60 cm, ενώ κοντά
στον πυθμένα και ελεύθερη επιφάνεια της δεξαμενής διάχυσης η
πυκνότητα ήταν ομοιόμορφη.
 Η κατανομή της πυκνότητας μετρούνταν με ένα αισθητήρα
microscale conductivity probe προσαρμοσμένο σε μαγνητική
κλίμακα ανάγνωσης του βάθους, η δε καταγραφή τους γινόταν
με υπολογιστή στα 200 Hz.
 Το μέγιστο ύψος αναρρίχησης και ύψος διάχυσης πάνω από την
πηγή γινόταν από τα Βίντεο των πειραμάτων με τη χρήση
διπλού κανάβου στο πρόσθιο και όπισθεν διαφανές παράθυρο
της δεξαμενής διάχυσης, κατασκευασμένα από διάφανο υλικό.

12. 12
ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ (3) - SETUP

13. 13
SETUP - Σχηματικά
ρ(z)
light
fluid
heavy
fluid
stratified
ambient fluid
constant head
tank
surface spreaders
Jet
flowmeter

14. 14
Τυπικό πείραμα
Date Run D indic F Q U
(cm) Flowmeter (cc/s) (cm/s)
7/17/2007 exp-7 0.50 80 30.25 154.06
rho-amb rho-jet dρ/dz H Hs
(gr/cc) (gr/cc) (gr/cc/cm) (cm) (cm)
1.0065 0.9969 0.125 47.50 25.00
Exp_07_17-07-07
y = 0.1246x + 1006.4
R
2
= 0.9995
1006
1006.5
1007
1007.5
1008
1008.5
1009
1009.5
1010
1010.5
1011
0 5 10 15 20 25 30 35 40
z (cm)
ρ(gr/l)

15. 15
y=0,1526x+1005,8
R2
=0,9997
1005
1006
1007
1008
1009
1010
1011
1012
1013
010203040
z(cm)
ρ (gr/l)
Τυπικό πείραμα (2)

16. 16
Φωτογραφίες από πειράματα
Plume
Fountain
Fountain
Jet

17. 17
Αποτελέσματα
0.1
1
10
0.1 1 10 100 1000
MN/B
Z/Lj,Zs/Lj
ZS/Lj=1.95
Z/Lj=3.60
Z/lM=2
Bloomfield & Kerr (1998)
Z/Lj
ZS/Lj

18. 18
Αποτελέσματα (1)
 (M/B)N >10 (jet)
 (M/B)N <1 (plume)
60.3
4/12






M
N
Z
50.44/1
4/3

B
N
Z

19. 19
Αποτελέσματα (2)
 Jets & Fountains (MN/B>10)
 Plumes (MN/B<1; B>0)
95.1
4/12






M
N
Zs
95.24/1
4/3

B
N
Zs

20. 20
Κυκλικές ανωστικές φλέβες & fountains
Συγγραφείς Z/Lj
(Μ/Β)Ν>10
ZS/Lj
(Μ/Β)Ν>10
Παρούσα εργασία 3.58±0.12 1.94±0.11
Wong & Wright (1988) 3.60 ----
Fischer et al. (1979) 3.80 ----
Bloomfield & Kerr (1988)
B=0
2.94±0.21 1.55±0.14
Bloomfield & Kerr (1988)
B<0
2.88±0.10 1.35±0.11

21. 21
Συμπεράσματα
1. Όταν MN/B>10, ανωστικές φλέβες και
fountains συγκλίνουν στο ίδιο μέγιστο ύψος
αναρρίχησης Z/Lj3.5, και μέσο ύψος διάχυσης
ZS/Lj2 πάνω από την πηγή.
2. Όταν MN/B<1, για ροή πλουμίου Z/Lp  4.40
και ZS/Lp  2.92.

22. 22
Ευχαριστίες
Ευχαριστώ τους κ.κ. Ηλία Παππά, Μηχανολόγο Μηχανικό και
Δημήτρη Καραμπερόπουλο, Ηλεκτρονικό Μηχανικό για τη
συνδρομή τους στο σχεδιασμό και κατασκευή της πειραματικής
συσκευής.
ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ ΠΟΛΥ
ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΣΟΧΗ ΣΑΣ