مطالعات تجربي و عددي فركانس و ميرايي حركت نوساني مايع درون يك مخزن

Experimental and Numerical Studies on Frequency and Damping of Liquid Oscillation in a Storage Tank

مخازن مايع در صنعت كاربرد زيادي داشته و تكانش ناگهاني اين مخازن باعث ايجاد امواج سطحي و تلاطم مايع در آنها مي‌شود. در اين تحقيق، با ساخت يك وسيله آزمايشگاهي، شامل بستر ثابت، پاندول اعمال ضربه، و يك ميز متحرك با كورس حركت كوچك، از طريق اعمال ضربه ناگهاني به يك مخزن شيشه‌اي حاوي آب كه روي ميز متحرك نصب شده، فركانس و نرخ ميرايي نوسانات سطح آزاد سيال درون مخزن اندازه‌گيري شده‌اند. در ضمن براي يك مدل واقعي، معادلات حاكم بر جريان با سطح آزاد در طي زمان در يك مخزن نيمه پر به هنگام اعمال يك ضربه جانبي به روش كسر حجمي مايع حل شده اند. ضربه وارده به مخزن، از طريق تعريف يك تابع زماني براي سرعت اوليه در نرم‌افزار مربوطه به عنوان شرط اوليه اعمال شده است. نتايج نشان مي دهند كه فركانس نوسان‌هاي امواج سطحي تابع قدرت ضربه نبوده و با افزايش ارتفاع سيال، به سمت مقدار ثابتي افزايش مي‌يابند. پارامتر ميرايي نيز، با افزايش ارتفاع مايع به سمت يك مقدار ثابت كاهش مي‌يابد. اين دو نشان‌دهنده موثر نبودن لايه‌هاي مايع تحتاني مخزن و سكون نسبي آنها در ارتفاع‌هاي بزرگ است.

Liquid tanks are frequently used in industrial applications. The liquid free surfaces oscillate when they are subjected to impulses. An experiment was set up to measure the frequency and damping rate of the free surface oscillations caused by different impulses. In addition, a full scale study was numerically performed, using volume of fluid (VOF) method to investigate the details of the flow field. The impulses were applied via initial velocity boundary condition. The results show that the frequency of the free surface oscillations do not depend on the impulse value and is increased up to a certain value for higher liquid heights. Contrary to the oscillation frequency, the damping rate is decreased up to a certain value as the liquid height was increased. Both these results showed that, there was a stagnant sub-region which could not affect the surface oscillation.