| dc.description.abstract | Στη παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε η υπολογιστική και πειραματική διερεύνηση του φαινομένου παραγωγής θερμότητας μέσω ανάπτυξης φυσαλίδων σπηλαίωσης.
H σπηλαίωση μπορεί να ξεκινήσει είτε με εφαρμογή τάσης στο υγρό, είτε με πρόσδοση ενέργειας σε αυτό. Οι δημιουργούμενες φυσαλίδες, εκτός από τις καταστροφικές συνέπειες που μπορούν να προκαλέσουν σε υδραυλικά συστήματα και σε περιστρεφόμενα μέρη, μπορούν να αξιοποιηθούν για την αύξηση της θερμοκρασίας του ρευστού στο οποίο βρίσκονται. Οι δημιουργούμενες φυσαλίδες μεταβαίνουν από τη φάση της γέννησης τους στη φάση της κατάρρευσής τους όταν βρεθούν σε πεδίο υψηλής πίεσης. Κατά τη κατάρρευση μιας φυσαλίδας σπηλαίωσης, δημιουργείται μια αλληλουχία φαινομένων στον πυρήνα της που έχει ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη υψηλών θερμοκρασιών και πιέσεων καθώς και την εκπομπή φωτός. Στο πέρασμα του χρόνου, έχουν δημιουργηθεί πολλές θεωρίες για την προέλευση των φαινομένων που συνοδεύουν την παραγωγή υψηλών θερμοκρασιών κατά την κατάρρευση μιας φυσαλίδας.
Στην παρούσα εργασία, χρησιμοποιήθηκε κατάλληλη διάταξη που αποτελείται από ένα δρομέα με οπές στην επιφάνειά του, ο οποίος περιστρέφεται μέσα σε ένα σταθερό περίβλημα, δημιουργώντας έτσι ένα πολύ μικρό διάκενο κίνησης του ρευστού. Καθώς περιστρέφεται ο δρομέας προκαλείται πτώση πίεσης μέσα στις οπές, με αποτέλεσμα την δημιουργία σπηλαίωσης. Στη συνέχεια οι δημιουργούμενες φυσαλίδες καταρρέουν με συνέπεια την έκλυση θερμότητας. Οι υπολογιστικές προσομοιώσεις της συγκεκριμένης γεωμετρίας για μόνιμη ροή, έδειξαν την ανάπτυξη υψηλών, σημειακά, θερμοκρασιών που ξεπερνούν τους 1500℃ μέσα στις οπές. Το πεδίο ολικών θερμοκρασιών έχει μέση τιμή 240 ℃ όταν ο δρομέας περιστρέφεται με 3450 rpm, ενώ στις 1700 rpm η μέγιστη θερμοκρασία που αναπτύσσεται είναι 677℃ και η μέση 68℃. Στις 5000 rpm, η μέγιστη τιμή είναι 1602 ℃ ενώ η μέση 331 ℃. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων μεταβαλλόμενης κατάστασης έδειξαν ότι η θερμοκρασία στην έξοδο της συσκευής αυξάνεται από τους 20℃ στους 38,6℃ στο χρονικό διάστημα του ενός δευτερολέπτου.
Οι πειραματικές μετρήσεις που διεξήχθησαν περιλαμβάνουν δύο κατηγορίες μετρήσεων, αυτές με τη συσκευή σπηλαίωσης να είναι συνδεδεμένη σε δίκτυο νερού και αυτές στις οποίες η συσκευή σπηλαίωσης λειτουργεί απομονωμένη. Οι πειραματικές δοκιμές με συνδεδεμένη τη συσκευή στο δίκτυο είχαν ως αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας 20 lt νερού στους 56,4 ℃ σε 59 λεπτά, στην καλύτερη περίπτωση, και την εξαγωγή βαθμού απόδοσης της ιδανικής συσκευής στο 67,1%. Οι πειραματικές δοκιμές με απομονωμένη τη συσκευή σπηλαίωσης, είχαν ως αποτέλεσμα την θέρμανση 1,4 lt νερού στους 81,1 ℃ σε 31,5 λεπτά και την εμφάνιση ατμού. Η απόδοση της απομονωμένης συσκευής είναι φανερά μικρότερη από της διασυνδεδεμένης σε δίκτυο, και έχει τιμή 24,4% για ιδανική διάταξη.
Συγκρίνοντας τα πειραματικά και τα υπολογιστικά αποτελέσματα, συμπεραίνουμε πως δεν υπάρχει ταύτιση ανάμεσα στις δύο αυτές μεθόδους. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα που εξήχθησαν από το πείραμα, η συγκεκριμένη διάταξη δεν είναι αποδοτική για θέρμανση μικρών ποσοτήτων νερού, ενώ για ποσότητες νερού άνω των 31lt, η απόδοσή της θα μπορούσε να φτάσει την αντίστοιχη των ηλεκτρικών αντιστάσεων. | en_US |
