ایجاد و بررسی تجربی پرش های هیدرولیکی چندضلعی

در این تحقیق، برخورد یک جت سیال لزج عمودی و متقارن محوری به یک سطح افقی و صلب به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار خواهد گرفت . در اثر برخورد این جت سیال عمودی به صفحه مذکور، سیال بر روی سطح افقی بصورت شعاعی منتشر می شود تا اینکه در یک فاصله خاص، ارتفاع فیلم سیال بطور ناگهانی افزایش می یابد و اصطلاحا یک پرش هیدرولیکی رخ می دهد. برخلاف پیش بینی اولیه، شکل حاصل از پرش هیدرولیکی در این پدیده همواره به صورت یک دایره نخواهد بود؛ بلکه به علت لزجت زیاد سیال عامل در این حالت وقوع پرش های چندضلعی نیز باید مد نظر باشد. کاربرد این پدیده در تمامی مواردی است که در آن ها یک جت سیال لزج به یک صفحه افقی برخورد می کند که از این موارد می توان به فرآیندهای خنک کاری تجهیزات صنعتی، برخی از فرآیندهای تولید مواد، آینه های لیزری، پاشش القایی و غیره اشاره کرد. با توجه به تحقیقات اندک انجام گرفته در رابطه با پرش های چندضلعی که به جرأت می توان گفت تاکنون تعداد مطالعات صورت گرفته در این رابطه در مراکز علمی و تحقیقاتی دنیا از چندین مورد محدود فراتر نمی رود، هدف از اجرای این تحقیق، بررسی پرش های هیدرولیکی با ساختارهای چندضلعی، به صورت آزمایشگاهی قرار داده شده است. در این تحقیق، یک دستگاه آزمایش مناسب به منظور بررسی تجربی این پدیده در آزمایشگاه مکانیک سیالات دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد با استفاده از امکانات موجود ساخته شده است. با استفاده از دستگاه ساخته شده پدیده پرش هیدرولیکی چندضلعی به خوبی قابل مشاهده می باشند پس از ایجاد پرش های هیدرولیکی پایدار، آزمایشات بر روی دستگاه به ازای دبی های حجمی، ارتفاع های پایین دست و قطر جت های مختلف صورت گرفت. در هر آزمایش از پرش مشاهده شده با دوربین دیجیتال عکسبرداری شده است. ثبت مشخصات ظاهری و کیفی از هر پرش از قسمت زیرین صفحه هدف که به همین منظور در دستگاه تعبیه شده است، انجام گرفته است. با استفاده از تصاویر گرفته شده، اطلاعات کمّی مربوط به هر پرش همچون شعاع دوایر محاطی و محیطی، شعاع متوسط پرش به کمک فرآیند پردازش تصاویر به دست آمده است. در این تحقیق، نتایج مربوط به ابعاد پرش های چندضلعی بر اساس اعداد بدون بعد رینولدز و وبر ارائه شده و تاثیر عوامل حاکم مانند دبی حجمی، ارتفاع پایین دست و قطر جت بر این نوع پرش های غیر دایروی بررسی شده است. با تعریف ناحیه ماندگاری برای این نوع پرش ها، وابستگی این ناحیه به دبی حجمی جریان و ارتفاع پایین دست بر اساس حاصلضرب اعداد بدون بعد رینولدز و وبر پرش مشخص شده است. در این پژوهش علاوه بر پرش های چندضلعی که قبلا معرفی شده است، یک نوع جدید از پرش های غیر دایروی که برای اولین بار در این تحقیق مشاهده شده است نیز با عنوان پرش های چرخشی ارائه خواهد شد. در نهایت شعاع متوسط پرش ها با تئوری پرش دایروی واتسون مقایسه شده است تا میزان تطابق این نوع پرش ها با این تئوری مشخص شود.