مطالعه عددي و آزمايشگاهي پديده خودچرخشي در جريان چاه

Experimental and numerical study on the self-rotation in sink flow

به‌وجود آمدن چرخش بدون عامل خارجي در جريان سيال به خود چرخشي معروف است. برخي از محققان در وجود يا عدم وجود پديده خود چرخشي در جريان چاه اختلاف نظر دارند. در تحقيق آزمايشگاهي و عددي حاضر، وجود پديده خودچرخشي در جريان چاه مورد بررسي قرار مي گيرد. در تحقيق آزمايشگاهي، يك چيدمان آزمايشگاهي جديد نسبت به كارهاي گذشته ارايه مي شود و اندازه گيري سرعت با توسعه روش تيمول بلو انجام مي شود. نتايج آزمايش نشان داد كه حتي با افزايش دبي خروجي تا چندين برابر دبي بحراني ادعايي، مقدار خالص سيركولاسيون در جريان، نسبت به مقدار ورودي خود افزايش پيدا نمي كند و يا به عبارت ديگر، پديده خودچرخشي در جريان چاه رخ نمي-دهد. در مطالعه عددي، پديده خودچرخشي با هندسه و شرايط يكسان با آزمايش، به صورت سه‌بعدي شبيه سازي مي شود. نتايج بدست آمده نشان گر آن است كه نتايج عددي با نتايج آزمايشگاهي همخواني دارد و همانند نتايج آزمايش نشان مي دهد كه پديده خودچرخشي در جريان چاه وجود ندارد. اضافه بر آن، نتايج عددي نشان داد كه چرخش (يا مقدار متناظر آن سيركولاسيون) ديده شده در آزمايش، ناشي از نامتقارني جريان در ورودي است و با حذف اين نامتقارني، چرخش حذف مي شود.

The appearance of swirl in the fluid flow, without any external factors, is named self-rotation. There is no consensus among the researchers on the possibility of self-rotation in sink flow. In the present study, this phenomenon is studied experimentally and numerically. In the experiment, a new setup is proposed and the thymol-blue method is developed for velocity measurement. The experimental results show that the net value of circulation in the flow domain does not increase relative to its inlet value with increasing drain flow rate up to several times of claimed critical value. In other words, self-rotation does not happen in sink flow. In the numerical study, the three-dimension model of the experiment is simulated under the same conditions with the experiment. The simulation results have good agreement with the experiment ones and show that the self-rotation does not occur. In addition, the numerical results show that the swirl, or corresponding circulation, which was seen in the experiment, is due to asymmetry of input flow and by eliminating this asymmetry, the swirl can be removed completely.