بررسی عددی و تجربی جریان خودچرخشی در چاه

به وجود آمدن چرخش بدون عامل خارجی در جریان سیال به خود چرخشی معروف است. برخی از محققان در وجود یا عدم وجود پدیده خود چرخشی در جریان چاه اختلاف نظر دارند. در تحقیق آزمایشگاهی و عددی حاضر، وجود پدیده خودچرخشی در جریان چاه مورد بررسی قرار گرفت. در تحقیق آزمایشگاهی، یک چیدمان آزمایشگاهی جدید نسبت به کارهای گذشته ارائه شده و اندازه گیری سرعت با توسعه روش تیمول بلو انجام می گردد. نتایج آزمایش نشان داد که حتی با افزایش دبی خروجی تا چندین برابر دبی بحرانی ادعایی، مقدار خالص سیرکولاسیون در جریان، نسبت به مقدار ورودی خود افزایش پیدا نمی کند و یا به عبارت دیگر، پدیده خودچرخشی در جریان چاه رخ نمی دهد. در مطالعه عددی، پدیده خودچرخشی با هندسه و شرایط یکسان با آزمایش، به صورت متقارن محوری و سه بعدی شبیه سازی شد. نتایج عددی سه بعدی با نتایج آزمایشگاهی همخوانی دارد و نشان داد که پدیده خودچرخشی در جریان چاه وجود ندارد و چرخش (یا مقدار متناظر آن سیرکولاسیون) دیده شده در آزمایش، ناشی از نامتقارنی جریان در ورودی است و با حذف این نامتقارنی، چرخش حذف می شود. از طرف دیگر، نتایج شبیه سازی متقارن محوری نشان داد که تغییر رفتار ناگهانی در مقدار سرعت آزیموتال v_? و سیرکولاسیون ? در محدوده وسیعی از عدد رینولدز مورد بررسی، دیده نمی شود و جریان پایدار است و همچنین به دلیل عدم افزایش مقدار سیرکولاسیون از مقدار ورودی آن، می توان گفت که خودچرخشی نیز در جریان رخ نمی دهد. شبیه سازی همچنین، تفسیر جدیدی از نتایج آزمایش ها بیان کرد و نشان داد که عدم ایجاد چرخش در دبی کم و پیدایش چرخش در مقادیر بالاتر از دبی بحرانی، مربوط به غالب بودن نیرو ی لزجت در دبی های کم می باشد و ارتباطی با ناپایداری و خودچرخشی ندارد.