بررسی عددی و آزمایشگاهی پدیده پرش هیدرولیکی دایروی
Abstract
هنگامی که شیر آب آشپزخانه خود را باز می کنید حتماً مشاهده کرده اید که وقتی آب از شیر خارج شده و به کف ظرفشویی برخورد می کند، یک دایره زیبا بر روی کف نقش می بندد. به این پدیده پرش هیدرولیکی دایروی (circular hydraulic jump) گویند که بررسی عددی و آزمایشگاهی آن موضوع این پایان نامه است. از نظر علمی هنگامی که یک جت عمودی سیال به یک صفحه افقی برخورد می کند، سیال بر روی صفحه بصورت شعاعی منتشر می شود تا اینکه در یک شعاع خاص که شعاع پرش هیدرولیکی نامیده می شود، ضخامت فیلم سیال ناگهان افزایش می یابد و اصطلاحاً یک پرش هیدرولیکی دایروی شکل می گیرد. همواره و در همه تحقیقات علمی در این زمینه، مهمترین هدف یافتن محل وقوع پرش هیدرولیکی دایروی و به عبارتی یافتن شعاع پرش است. در این پایان نامه این پدیده با استفاده از روش نسبت حجمی سیال (vof) بصورت عددی شبیه سازی شده است. به علاوه با طراحی و ساخت دستگاهی در آزمایشگاه مکانیک سیالات دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد، این پدیده بصورت آزمایشگاهی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه سازی پرش و انواع آن، تاثیر پارامترهای مختلف همچون دبی حجمی، ارتفاع پایین دست، لزجت، شتاب جاذبه و نوع سیال بر روی شعاع پرش و سایر ویژگی های آن از مواردی هستند که در این پایان نامه به آن ها پرداخته شده است. نتایج عددی بدست آمده نشان می دهند که افزایش دبی حجمی موجب افزایش شعاع پرش شده، در حالیکه افزایش ارتفاع پایین دست، شعاع را کاهش می دهد. همچنین افزایش لزجت سبب کاهش شعاع پرش شده و کاهش شتاب جاذبه علاوه بر افزایش شعاع پرش، پرش را تدریجی تر می کند. شبیه سازی های عددی برای دو سیال آب و اتیلن گلیکول انجام گرفته اند و نتایج حاکی از آن هستند که پرش های مربوط به اتیلن گلیکول دارای پایداری بیشتری بوده و به ازای دبی های زیاد و نیز ارتفاع های پایین دست بزرگ همچنان پرش های پایا و پایداری را تشکیل می دهند، در حالیکه در مورد آب این اتفاق نمی افتد. در نهایت مشاهده شد که تطابق خوبی میان نتایج عددی و آزمایشگاهی ما و نیز نتایج تجربی دیگران وجود دارد. همچنین کلیه نتایج عددی و تجربی از مطابقت خوبی با تئوری پرش هیدرولیکی دایروی (تئوری واتسون) برخوردارند.