بررسي نظري، عددي و آزمايشگاهي فركانس‌ها و ميرايي تلاطم در مخازن استوانه‌اي داراي بافل‌هاي حلقوي و قطاعي

Theoretical, numerical and experimental study of liquid sloshing frequencies and damping in a cylindrical container with anural and sectorial baffles

توانايي بافل‌ها در افزايش ميرايي تلاطم به روش نظري، عددي و آزمايشگاهي در اين تحقيق مورد بررسي قرار گرفته است. بافل‌ها اجزائي هستند كه به عنوان جدا‌كننده در مخازن حاوي سيال نصب شده و مشخصات ديناميكي تلاطم را تغيير مي‌دهند. هدف اين مطالعه، بررسي اثر چيدمان بافل‌ها جهت فراهم آوردن فركانس‌هاي مورد نظر و پيشنهاد يك آرايش كاربردي جهت افزايش پايداري مخازن نگهداري سيال مي‌باشد. جهت نيل به اين هدف يك بستر آزمايشگاهي براي مطالعه رفتار سيال متلاطم و خواص ميرايي تلاطم در مخازن استوانه‌اي پرشده تا عمق دلخواه طراحي شده است. نتايج حاصل نشان مي‌دهند كه چيدمان بافل‌هاي پيشنهادي اثر بسيار موثري بر ميرايي و فركانس‌هاي تلاطم داشته و نياز‌هاي پيش‌بيني شده طراحي را به شكل مطلوب برآورده مي‌سازد. به علاوه در ارتفاع­هاي نزديك به كف مخزن، منحني تئوري پيشبيني مي‌كند كه فركانس اساسي تلاطم كاهش پيدا ­كند، در صورتي كه فركانس‌هاي تجربي نه تنها كاهش پيدا نمي­كنند بلكه روند افزايشي از خود نشان مي‌دهند. همچنين نتايج حاصل از روش المان محدود و حجم محدود در محاسبه فركانس و ميرايي تلاطم، از همگرايي بالايي با نتايج تجربي ‌برخوردار مي‌باشند.

The ability of baffles in increasing the hydrodynamic damping of sloshing in circular cylindrical containers is investigated in this study by analytic, numerical, and experimental methods. Baffles as separate components are installed in tanks containing fluid and can change various aspects of dynamic characteristics of sloshing. The primary objectives of this study is to examine the relative effectiveness of baffle arrangements to provide experimental data for the verification of the numerical models and to recommend a practical baffle arrangement that would be effective over a range of frequencies. The results show that the proposed baffle arrangement has a very effective effect on the damping and sloshing frequencies, and satisfies the anticipated design requirements optimally. The results also display that at liquid height close to the bottom of the container, the theoretical curve predicts that the fundamental frequency of the sloshing will decrease, while the experimental frequency not only decreases but also shows an increasing average. In addition, the results of finite element method and finite volume method in calculation of sloshing frequency and damping are highly consistent with experimental results.