مطالعه تجربی و نطری تغییرات شوری و دما در عمق یک استخر با گرادیان شوری و اعمال حرارت از کف

در یک استخر خورشیدی آب نمک در سه لایه با افزایش چگالی ذخیره می شود. دمای لایه زیرین بر اثر تابش نور خورشید به تدریج افزایش می یابد. در پایان نامه حاضر یک مدل آزمایشگاهی استخر با گرادیان شوری و اعمال حرارت از کف ساخته شد. این مدل از یک مخزن مکعب مستطیل به ابعاد 95×27×152 سانتی متر با صفحات پلکسی گلاس به ضخامت 10 میلی متر و ورق پلی کربنات به ضخامت 10 میلی متر در کف ساخته شد. یک ورق پلکسی گلاس به ضخامت 10 میلی متر مخزن را به دو قسمت تقسیم می کرد. اولین قسمت مخزن تغذیه نمک و قسمت دوم بدنه اصلی استخر بود. در ارتفاع 90 سانتی متری از کف استخر، یک سرریز تعبیه شد که از طریق آن سطح استخر به طور پیوسته شسته می شد. عمده ترین تفاوت این مدل نسبت به مطالعات گذشته، به کارگیری هم زمان سیستم تغذیه کننده نمک و شستشوی سطح بود، که باعث حفظ گرادیان شوری در لایه میانی (لایه گرادیانی) شد. در این سیستم حرارت از کف توسط یک گرم کن الکتریکی متشکل از یک صفحه فلزی با المان های مسی، تامین شد. به منظور حداقل کردن تلفات حرارتی، بدنه و کف مدل با پوشش پشم شیشه به ضخامت 5 سانتی متر پوشانیده شد. در این تحقیق یک آزمایش استخر سرد (بدون اعمال حرارت به سیستم) طی 15 روز، و یک آزمایش استخر گرم (اعمال حرارت از کف به مخزن)، طی 139 روز انجام شد. در آزمایش استخر گرم عملکرد حرارتی و هیدرودینامیکی لایه های مختلف بررسی شد، مکانیزم برخورد متناوب ترمال های گرمایی به مرز مشترک زیرین، شوری و حرارت این لایه مرزی را افزایش داد و به تبع آن لایه گرادیانی فرسایش یافت. کلیه داده های آزمایش استخر گرم نسبت به عدد رایلی گرمایی بحرانی و نسبت چگالی پایدار (عدد رایلی گرمایی/ عدد رایلی محلول)، در محدوده پایدار قرار داشتند و نیز هم زمان با کاهش نسبت پایداری چگالی، نرخ رشد لایه همرفت زیرین کم می شد. نرخ تغییرات دما و شوری نسبت به عمق در مرزهای مشترک زیرین و بالایی شرط پایداری دینامیکی وینبرگر را ارضا کرد و همچنین سازگاری بسیار خوبی میان داده های مرز مشترک زیرین و رابطه اصلاح شده نیلسون وجود داشت. نرخ رشد لایه همرفت زیرین بر اساس رابطه عدد ریچاردسون جرمی با نسبت سرعت نفوذ سیال به سرعت همرفتی نشان داد که داده های آزمایش در محدوده عدد ریچاردسون جرمی (?10?^4<ri<3×?10?^4)، سازگاری خوبی با رابطه برگمن دارند. پارامتر پایداری در مرز مشترک زیرین هم پوشانی مناسبی با رابطه پایداری پلاتن داشت.