Πειραματική Διερεύνηση Διδιάστατων Τυρβωδών Φλεβών Αρνητικής Άνωσης

Μυλωνάκου, Ευγενία; Mylonakou, Evgenia

dc.contributor.author	Μυλωνάκου, Ευγενία	el
dc.contributor.author	Mylonakou, Evgenia	en
dc.date.accessioned	2018-07-24T08:35:55Z
dc.date.available	2018-07-24T08:35:55Z
dc.date.issued	2018-07-24
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47396
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.8534
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	μονάδες αφαλάτωσης	el
dc.subject	Γεωμετρικά Χαρακτηριστικά Φλέβας	el
dc.subject	πειραματική διερεύνηση τυρβωδών φλεβών	el
dc.subject	διδιάστατες φλέβες	el
dc.subject	Φλέβες Αρνητικής Άνωσης	el
dc.subject	two dimensional jets	en
dc.subject	Negatively Buoyant Jets	el
dc.subject	desalination brines	el
dc.subject	Geometrical Characteristics of negatively jets	el
dc.title	Πειραματική Διερεύνηση Διδιάστατων Τυρβωδών Φλεβών Αρνητικής Άνωσης	el
dc.title	Experimental Investigation of Two Dimensional Turbulent Negatively Buoyant Jets	en
dc.contributor.department	ΔΠΜΣ Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Τυρβώδεις Φλέβες	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-06-25
heal.abstract	Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετώνται τυρβώδεις διδιάστατες φλέβες αρνητικής άνωσης που παροχετεύονται υπό διάφορες γωνίες μέσα σε ακίνητο και ομογενή αποδέκτη. Η υπό μελέτη ροή συναντάται στην πράξη κατά τη διάθεση υγρών αποβλήτων από μονάδες αφαλάτωσης στη θάλασσα. Τα απόβλητα αυτά (αλμόλοιπα) παροχετεύονται μέσω διαχυτήρων από τον πυθμένα προς την ελεύθερη επιφάνεια του αποδέκτη και προκειμένου να επιτευχθεί όσο το δυνατό μεγαλύτερη αραίωση επιδιώκεται η επιμήκυνση της τροχιάς της φλέβας. Για το λόγο αυτό η παροχέτευση γίνεται υπό γωνία ως προς το οριζόντιο επίπεδο. Πραγματοποιήθηκε πειραματική διερεύνηση της ροής ρευστού που εκρέει μέσα σε αποδέκτη μικρότερης πυκνότητας, υπό γωνία με κατεύθυνση από τον πυθμένα προς τα πάνω. Τα πειράματα εκπονήθηκαν σε δεξαμενή διαστάσεων 3.0m x 1.5m x 1.0m που ήταν γεμάτη με καθαρό νερό. Φλέβα αλατόνερου παροχετευόταν υπό γωνία προς τα πάνω από διδιάστατη σχισμή διαστάσεων 20 cm x 0.2 cm. Το διάλυμα αλατόνερου ήταν χρωματισμένο έτσι ώστε η ροή της φλέβας μέσα στον αποδέκτη να είναι ορατή. Τα πειράματα βιντεοσκοπούνταν με ψηφιακή βιντεοκάμερα. Στη μπροστινή, κρυστάλλινη όψη της δεξαμενής είχε χαραχθεί πλέγμα προκειμένου να διευκολύνεται η διαδικασία της μέτρησης των γεωμετρικών χαρακτηριστικών της τροχιάς της φλέβας. Διεξήχθησαν συνολικά 84 πειράματα τυρβωδών φλεβών αρνητικής άνωσης για 9 γωνίες παροχέτευσης:15ο, 30ο, 45ο, 50ο, 60ο, 75ο, 80ο, 85ο και 90ο ως προς το οριζόντιο επίπεδο. Η διαφορά πυκνότητας του υγρού της φλέβας και του αποδέκτη κυμάνθηκε από 0.65% έως 1.40% και ο πυκνομετρικός αριθμός Froude Fο από 15 έως 56. Η φλέβα καθώς εκρέει στον αποδέκτη κινείται ανοδικά. Φτάνει ένα μέγιστο ύψος (αρχικό τερματικό ύψος ανόδου) και επιστρέφει στον πυθμένα. Όταν αποκατασταθούν μόνιμες συνθήκες στη ροή, το τερματικό ύψος ανόδου της φλέβας (τελικό τερματικό ύψος ανόδου) είναι μικρότερο σε σχέση με το αρχικό. Σε επόμενο στάδιο γίνεται η επεξεργασία του οπτικού υλικού. Με χρήση αλγορίθμων στο λογισμικό Matlab το βίντεο μετατρέπεται σε ένα σύνολο στιγμιοτύπων (frames). Επίσης παράγεται μια μέση εικόνα από μεγάλο αριθμό στιγμιοτύπων. Οι εικόνες υφίστανται κατάλληλη επεξεργασία στο λογισμικό Gimp έτσι ώστε να βελτιωθεί η ευκρίνειά τους. Στη συνέχεια εισάγονται στο Autocad όπου γίνεται η μέτρηση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών της ροής. Το αρχικό τερματικό ύψος μετρήθηκε σε ένα στιγμιότυπο, ενώ τα υπόλοιπα γεωμετρικά χαρακτηριστικά μετρήθηκαν στη μέση εικόνα. Τέλος, οι μετρημένες αποστάσεις διορθώθηκαν από σφάλματα που οφείλονται στη θέση της κάμερας και του πλέγματος καθώς και στη διάθλαση από το νερό, οπότε προέκυψαν τα τελικά αποτελέσματα. Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της φλέβας που προέκυψαν είναι τα εξής:  Το αρχικό τερματικό ύψος ανόδου της φλέβας.  Το τελικό τερματικό ύψος ανόδου της φλέβας.  Η οριζόντια απόσταση από το κέντρο του στομίου έως τη θέση που αντιστοιχεί στο τελικό τερματικό ύψος.  Η οριζόντια απόσταση από το κέντρο του στομίου έως τη θέση επιστροφής του άνω (εξωτερικού) ορίου της φλέβας στο επίπεδο του στομίου. Ακολουθώντας τη διαστατική ανάλυση έγινε αδιαστατοποίηση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών της ροής. Παρουσιάσθηκαν γραφήματα όπου κάθε γεωμετρικό χαρακτηριστικό αδιαστατοποιημένο ως προς το πλάτος της σχισμής w συσχετίσθηκε με τον όρο Fο4/3 (Fo ο πυκνομετρικός αριθμός Froude). Προέκυψε γραμμική συσχέτιση, γεγονός που επαλήθευσε τη διαστατική ανάλυση. Από τα πειράματα προσδιορίσθηκαν για κάθε γωνία εκροής οι σταθερές αναλογίας Ci, που αντιπροσωπεύουν κάθε γεωμετρικό χαρακτηριστικό αδιαστατοποιημένο ως προς την κλίμακα μήκους lM. Επιπλέον έγιναν συσχετίσεις μεταξύ των αδιάστατων γεωμετρικών χαρακτηριστικών (δηλαδή των σταθερών Ci) και της γωνίας εκροής θο και προέκυψαν εξισώσεις υπολογισμού των αδιάστατων γεωμετρικών χαρακτηριστικών συναρτήσει τη γωνίας παροχέτευσης. Επίσης, διαπιστώθηκε ότι το μέγιστο αρχικό τερματικό ύψος της φλέβας παρατηρείται κατά την παροχέτευση υπό γωνία 85ο ως προς το οριζόντιο επίπεδο, ενώ το μέγιστο τελικό τερματικό ύψος παρατηρείται κατά την παροχέτευση υπό γωνία 80ο. Η μέγιστη οριζόντια απόσταση, από το στόμιο, της θέσης που αντιστοιχεί στο τελικό τερματικό ύψος εμφανίζεται κατά την εκροή φλέβας υπό γωνία 45ο, ενώ το ίδιο συμβαίνει και με την οριζόντια απόσταση, από το στόμιο, της θέσης επιστροφής του άνω ορίου της φλέβας στο επίπεδο παροχέτευσης.	el
heal.abstract	Ιn the present postgraduate diploma thesis, the flow of two-dimensional negatively buoyant jets discharged in a homogeneous and stationary ambient is investigated. Such flows are formed when desalination brines are disposed through diffusers upwards from the bottom to the free surface of the seawater. The jets are usually discharged at an angle to the horizontal, as it is crucial to elongate the jet trajectory in order to achieve the maximum dilution. An experimental investigation of the flow of dense fluid discharged upwards at an angle to the horizontal was conducted. Experiments were carried out in a 3.0m x 1.5m x 1.0m tank filled with tap water. Jets of saltwater were discharged upwards from a two-dimensional slot being 20 cm x 0.2 cm. To visualize the jet flow, the saltwater was colored using food dye. The jet flow was recorded using a digital video camera. In the front glass panel of the tank a grid has been drawn to measure geometrical characteristics of the flow. In total, 84 experiments of turbulent negatively buoyant jets were conducted for nine discharge angles: 15o, 30o, 45o, 50o, 60o, 75o, 80o, 85o and 90o to the horizontal. The density difference between jet fluid and ambient ranged between 0.65% and 1.40%, while the densimetric Froude number ranged between 15 and 56. The jet rises and reaches a maximum height (initial terminal height of rise), and then it returns to the bottom. When steady state flow is established, the terminal height of rise (final terminal height) is lower than the initial one. The next part of the study includes the processing of the video clip. A set of video frames is extracted from the video clip, using Matlab software. An average image is also obtained from a large number of instantaneous frames. The images are appropriately processed in Gimp software so that their clarity is improved. Finally, they are imported into Autocad, where the characteristics of the jet trajectory are measured. The initial terminal height was measured in a frame corresponding to a specific time, while the rest characteristics were measured in the average image. Then, the measured distances are corrected from errors caused by the camera position, the position of the grid and the refraction from water. The following geometrical characteristics were obtained:  The initial terminal rise height of the jet Zi.  The final terminal rise height of the jet Zf.  The horizontal distance XZ from the center of the nozzle to the position where the final terminal height is observed.  The horizontal distance Xi from the center of the nozzle to the position where the upper (outer) jet boundary returns to the nozzle level. Following dimensional analysis, the geometrical characteristics were normalized by the slot width w and were linearly related to Fo4/3 (Fo being the densimetric Froude number), confirming the dimensional analysis. The obtained constants of proportionality are the geometrical characteristics normalized by the length scale lM (lM=wFo4/3). It was also found that the maximum initial terminal rise height is observed when the jet is discharged at an angle of 85° to the horizontal, while the maximum final terminal rise height is observed when the jet is discharged at an angle of 80°. The maximum horizontal distance from the center of the nozzle to the position corresponding to the final terminal height is observed for a discharge angle of 45o and the same is found regarding the maximum horizontal distance from the center of the nozzle to the position where the upper (outer) jet boundary returns to the nozzle level.	en
heal.advisorName	Παπακωνσταντής, Ηλίας	el
heal.advisorName	Papakonstantis, Ilias	en
heal.committeeMemberName	Παπακωνσταντής, Ηλίας	el
heal.committeeMemberName	Νάνου, Αικατερίνη	el
heal.committeeMemberName	Παπανικολάου, Παναγιώτης	el
heal.academicPublisher	Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	115
heal.fullTextAvailability	true