Υπολογισμός του ρυθμού σκέδασης τυρβώδους κινητικής ενέργειας σε ροή γύρω απο στρόβιλο Rushton με τη μέθοδο Particle Image Velocimetry

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά το σχεδιασμό και την υλοποίηση εργαστηριακής διάταξης για τη ρευστομηχανική μελέτη ροής με την οπτική μέθοδο Particle Image Velocimetry (PIV). Η εργασία επικεντρώνεται στον απευθείας υπολογισμό του ρυθμού σκέδασης τυρβώδους κινητικής ενέργειας, 𝜀,̅ σε ροή που δημιουργείται γύρω από τα πτερύγια ενός στροβίλου Rushton μέσα σε ορθογωνικό διάφανο δοχείο. Η πειραματική εκτίμηση του 𝜀̅ πραγματοποιήθηκε χωρίς απλοποιήσεις, διότι όλες οι κλίσεις των διακυμάνσεων της ταχύτητας υπολογίστηκαν απευθείας. Σε κάθε σημείο, οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε τρία επίπεδα. Τα αποτελέσματα που εξήχθησαν συγκρίθηκαν με αποτελέσματα από προηγούμενες πειραματικές μελέτες. Ιδιαίτερη προσοχή δόθηκε στη συνεισφορά του κάθε επιπέδου μέτρησης στον υπολογισμό του συνολικού ρυθμού σκέδασης τυρβώδους κινητικής ενέργειας και έγινε μία προσέγγιση του εμπειρικού τύπου που έχει προταθεί από προηγούμενη πειραματική μελέτη. Σκοπός της εργασίας ήταν η εγκατάσταση και ο συγχρονισμός του εξοπλισμού του εργαστηρίου (κάμερα, λέιζερ, Η/Υ), η εγκατάσταση της πειραματικής διάταξης και η λήψη των μετρήσεων των πεδίων ταχυτήτων για τον υπολογισμό του ρυθμού σκέδασης ενέργειας. Συμπερασματικά, καταφέραμε να πάρουμε τις μετρήσεις με το PIV και να γίνει απεικόνιση της ροής. Επιπλέον, τα αποτελέσματα από τον υπολογισμό του ρυθμού σκέδασης ενέργειας έδειξαν ότι καθώς απομακρυνόμαστε από το στρόβιλο Rushton ο ρυθμός σκέδασης ενέργειας μειώνεται. Σε ό,τι αφορά τη σύγκριση με προηγούμενες μελέτες, τα αποτελέσματά μας έδειξαν μία ικανοποιητική συμφωνία μόνο ποιοτικά καθώς τα σωματίδια που χρησιμοποιήθηκαν ήταν βαριά και δεν ακολουθούσαν τη ροή με αποτέλεσμα τη μεγάλη υποεκτίμηση του ρυθμού σκέδασης τυρβώδους κινητικής ενέργειας.