Μετρήσεις με την τεχνική Laser Induced Fluorescence (LIF) σε κατακόρυφες κυκλικές τυρβώδεις ανωστικές φλέβες

Γκούτης, Κωνσταντίνος; Gkoutis, Konstantinos

dc.contributor.author	Γκούτης, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Gkoutis, Konstantinos	en
dc.date.accessioned	2023-05-22T10:21:27Z
dc.date.available	2023-05-22T10:21:27Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57742
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.25439
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	Συγκέντρωση	el
dc.subject	Ένταση τύρβης	el
dc.subject	Αραίωση	el
dc.subject	Ανωστικές φλέβες	el
dc.subject	Laser Induced Fluorescence (LIF)	en
dc.subject	Concentration	en
dc.subject	Turbulent intensity	en
dc.subject	Dilution	en
dc.subject	Buoyant jets	en
dc.subject	Laser Induced Fluorescence (LIF)	en
dc.subject	Πειράματα	el
dc.subject	Experiments	en
dc.title	Μετρήσεις με την τεχνική Laser Induced Fluorescence (LIF) σε κατακόρυφες κυκλικές τυρβώδεις ανωστικές φλέβες	el
dc.title	Measurements with Laser Induced Fluorescence (LIF) technique in vertical round turbulent buoyant jets	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Περιβαλλοντική Υδραυλική	el
heal.classification	Πειραματική Υδραυλική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-03-16
heal.abstract	Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε πειραματική διερεύνηση των χαρακτηριστικών της ροής τυρβώδους κυκλικής ανωστικής φλέβας και ειδικότερα της περιοχής όπου η ροή παρουσιάζει συμπεριφορά πλουμίου. Αρχικά παρουσιάζονται τα κυριότερα θεωρητικά στοιχεία που αφορούν στην δυναμική των ανωστικών φλεβών, γίνεται προσέγγιση των παραμέτρων της ροής μέσω της διαστατικής ανάλυσης και παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά της ροής που διερευνώνται πειραματικά. Πραγματοποιήθηκαν συνολικά 11 πειράματα ροής τυρβωδών ανωστικών φλεβών σε πειραματική διάταξη του Εργαστηρίου Εφαρμοσμένης Υδραυλικής της Σχολής Πολιτικών Μηχανικών ΕΜΠ, που περιλαμβάνει δεξαμενή διαστάσεων 1,00 m x 0,80 m x 0,70 m. Πιο συγκεκριμένα, σε ακίνητο ομογενή αποδέκτη, πραγματοποιήθηκαν 6 πειράματα τυρβωδών ανωστικών φλεβών όπου το υγρό της φλέβας ήταν νερό με θερμοκρασία στην εκροή σημαντικά υψηλότερη από το νερό του αποδέκτη (με διαφορά θερμοκρασίας ΔT μεταξύ 23°C και 31 °C ανά πείραμα) και 5 πειράματα στα οποία το υγρό της φλέβας ήταν νερό που διοχετευόταν μέσα σε αλατόνερο με αρχική διαφορά πυκνότητας μεταξύ 1,8% και 1,9%. Η διάμετρος του στομίου εκροής της φλέβας ήταν σταθερή σε όλα τα πειράματα και ίση με 1,5 cm. Ο πυκνομετρικός αριθμός Froude κυμάνθηκε μεταξύ 1,72 και 3,73, ενώ η ροή της φλέβας σε όλα τα πειράματα ήταν τυρβώδης με αρχικό αριθμό Reynolds μεταξύ 1222 και 3136. Τα πειράματα περιελάμβαναν οπτικοποίηση της ροής και μετρήσεις συγκέντρωσης. Για το σκοπό αυτό εφαρμόστηκε η τεχνική Laser Induced Fluorescence (LIF) με χρήση της Ροδαμίνης 6G ως φθορίζουσας ουσίας. Δημιουργήθηκε επίπεδο φύλλο Laser και τα πειράματα βιντεοσκοπήθηκαν χρησιμοποιώντας κατάλληλη βιντεοκάμερα. Από τα βίντεο των πειραμάτων έγινε εξαγωγή των στιγμιοτύπων (frames) μέσω κώδικα στο λογισμικό MATLAB και προέκυψε η μέση εικόνα της ροής και η τυπική της απόκλιση. Μέσω του συσχετισμού της συγκέντρωσης της Ροδαμίνης 6G με την ένταση φθορισμού σε κάθε pixel υπολογίστηκαν οι συγκεντρώσεις σε όλο το πεδίο ροής. Έτσι προέκυψαν σε αδιάστατη μορφή οι εγκάρσιες κατανομές της μέσης (χρονικά) συγκέντρωσης και της έντασης των τυρβωδών διακυμάνσεων της συγκέντρωσης σε διάφορες κατακόρυφες αποστάσεις από την εκροή. Οι εγκάρσιες κατανομές της μέσης συγκέντρωσης προσεγγίζουν ικανοποιητικά τη θεωρητική κατανομή Gauss για το σύνολο των πειραμάτων. Από τις κατανομές της έντασης της τύρβης προέκυψε ότι για τα πειράματα με θερμοκρασιακή διαφορά, η κατανομή εμφανίζει μέγιστο περίπου στο 0,4, τιμή που συμφωνεί με τις τιμές που δίνονται στη βιβλιογραφία για τη ροή πλουμίου, ενώ για τα πειράματα με διαφορά αλατότητας, η μορφή της κατανομής διαφέρει από θέση σε θέση εμφανίζοντας αυξητική τάση. Από τις κατανομές της μέσης συγκέντρωσης υπολογίστηκε το πλάτος συναρτήσει της κατακόρυφης απόστασης από την εκροή και προέκυψε γραμμική συσχέτιση, με σταθερά αναλογίας που συμφωνεί με τις τιμές της βιβλιογραφίας για ροές πλουμίων. Επιπλέον, από τις μετρήσεις προέκυψε η μεταβολή της ελάχιστης αραίωσης κατά μήκος του άξονα της φλέβας σε αδιάστατη μορφή. Τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με αποτελέσματα άλλης εργασίας από τη βιβλιογραφία και παρατηρήθηκαν διαφορές. Λαμβάνοντας υπόψη τις μεταβολές στην ένταση φθορισμού λόγω αύξησης της θερμοκρασίας και της αλατότητας, έγιναν διορθώσεις-προσαρμογές στη βαθμονόμηση και τα τελικά αποτελέσματα βρέθηκαν να συμφωνούν ικανοποιητικά με αποτελέσματα της βιβλιογραφίας.	el
heal.abstract	In this Diploma Thesis an experimental investigation of the characteristics of the turbulent round buoyant jet flow was conducted focusing in the region where the flow behaves like a plume. At first, the main theory elements that concern the dynamics of the buoyant jets are presented, the flow parameters are approached through dimensional analysis, and the flow characteristics that need experimental investigation are put forward. In total, 11 experiments for the flow of turbulent buoyant jets were carried out in an experimental apparatus in the Laboratory of Applied Hydraulics of the School of Civil Engineering of NTUA, which includes a tank with dimensions 1.00 m x 0.80 m x 0.70 m. More specifically, in a stationary homogeneous ambient fluid, six (6) experiments were performed, where the jet fluid was water with a temperature at the outlet significantly higher than the ambient water (with temperature difference ΔT ranging between 23°C and 31°C per experiment), and five (5) experiments, where the jet fluid was water which was discharged into saltwater with an initial density difference between 18.4‰ and 19.2‰. The nozzle diameter was equal to 1.5 cm in all experiments. The densimetric Froude number was ranging between 1.72 and 3.73, while the jet flow was turbulent in all experiments with the Reynolds number ranging between 1222 and 3136. The experiments included flow visualization and concentration measurements. For this purpose, the Laser Induced Fluorescence (LIF) technique was employed using Rhodamine 6G as fluorescent tracer. A planar laser sheet was created and the experiments were recorded using a suitable video camera. The video frames were extracted using a code developed in MATLAB and the average image of the flow and its standard deviation were obtained. By correlating the concentration of Rhodamine 6G with the fluorescence intensity of each pixel, the concentrations over the entire flow field were calculated. Based on this, the transverse distributions of the mean (time-averaged) concentration and the intensity of turbulent concentration fluctuations, at various vertical distances from the outlet, were finally obtained in dimensionless form. The transverse distributions of the mean concentration satisfactorily approximate the theoretical Gaussian distribution for all experiments. From the distributions of the turbulent intensity it is obtained that for the experiments with temperature difference, the distribution shows a maximum at about 0.4, a value that is in agreement with values reported in the literature for the plume flow, while for the experiments with salinity difference the distribution shape differs for each position showing a constant increase. From the distributions of the mean concentration the jet width was calculated as a function of the vertical distance from the outlet, and a linear relation was obtained with a constant of proportionality that is in agreement with values reported in the literature for plumes. Moreover, the variation of the minimum dilution along the jet axis was obtained in dimensionless form. The results were compared with results of a previous study and differences were found. However, taking into account the changes in fluorescence intensity due to the increase of temperature and salinity, correction-adaption was made in the calibration and the final results were found to be in good agreement with results of the literature.	en
heal.advisorName	Παπακωνσταντής, Hλίας	el
heal.committeeMemberName	Ευστρατιάδης, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Μακρόπουλος, Χρήστος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	131 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false