مطالعه آزمایشگاهی خصوصیات هیدرولیکی جریان چگال با تحلیل تئوری فضای فاز

مقدمه: جریان های چگال یا دانسیه به علت ورود یک سیال سنگین تر تحت اثر شتاب ثقل زمین به درون یک سیال سبک تر ایجاد می شوند. جریان چگال ماهیت غیرخطی دارد و نسبت به شرایط اولیه حساس می باشد. تکامل زمانی جریان چگال با استفاده از خطوط تراژکتوری در فضای فاز بیان می شود. هدف از این پژوهش، استخراج اطلاعات نهفته درون سیستم با استفاده از تئوری فضای فاز در خصوص تکامل جریان چگال با تغییر در پارامترهای هیدرولیکی ورودی جریان چگال که بتوان ماهیت سیستم و الگوی شکل گرفته جریان چگال در بستر زمان را بیان کرد. مواد و روش ها: جریان چگال طی ۲۸ آزمایش مختلف در یک فلوم آزمایشگاهی با طول m۸، عرض cm۳۵ و ارتفاع cm۶۰ با تغییر شیب، غلظت و دبی ورودی صورت گرفت. جهت تشریح سیستم، با استفاده از تئوری فضای فاز، سیگنال زمانی بصورت شیئی در فضا منتقل شد و آنالیز در فضا جایگزین آنالیز در زمان شد. نتایج و بحث: با افزایش شیب، تمرکز داده ها روی نیم ساز ترسیم شده و از بالا به سمت پایین حرکت می کند و به عبارتی تراژکتوری ها در نمودار فضای فاز باز تر شده و سیستم جهت تعادل به زمان بیشتری نیاز دارد. زمانی که دبی ورودی l/min ۵۰ باشد تمرکز داده های سرعت در بازه cm/s ۲تا cm/s ۵/۴ می باشد و حالت جاذب به خود گرفته است و آشوب بیشتری در آن دیده می شود. با تغییر چگالی از kg/m۳ ۱۰۰۵ به kg/m۳ ۱۰۱۰، از جاذب بودن خطوط سیر کاسته شده و تراژکتوری ها در نمودار فضای فاز بازتر و ماکزیمم های بیشتری به خود گرفته است. نتیجه گیری: با افزایش شیب از ۱% به ۳% زمانیکه فلوم بدون تنگ شدگی هست از جاذب آن کاسته شده و در حقیقت زمان بیشتری برای به تعادل و تکامل رسیدن پدیده لازم دارد. اما در اثر تنگ شدگی ممتد یا موضعی باعث شد که نمودار فضای فاز متمرکزتر و جاذب بیشتر شود. به طور کلی با افزایش شیب، ماهیت آشوبناکی سیستم افزایش یافته و تکامل جریان زودتر رخ می دهد. سیستم در بعد محاط ۸/۱۳ سیستم شروع به اشباع شدن می نماید.

کلیدواژه ها:

جریان چگال ، فضای فاز ، تراژکتوری ، جاذب ، بعد محاط