Προσομοίωση πεδίου ροής ανωστικής φλέβας σε ήρεμο και κινούμενο αποδέκτη με χρήση του μοντέλου Visjet

Abstract

Στην περιβαλλοντική υδραυλική διαπιστώνουμε, ότι η μελέτη των ροών φλεβών άνωσης παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον, διότι αποτελεί ένα αναπόσπαστο κομμάτι πριν την κατασκευή ενός θαλάσσιου αγωγού. Η μελέτη τους είναι απαραίτητη και αποτελεί ένα βασικό κεφαλαίο στις γνώσεις ενός μελετητή μηχανικού. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, διερευνήθηκε η διάθεση των υγρών αποβλήτων εντός του θαλάσσιου περιβάλλοντος από υποβρύχιο αγωγό. Αυτή η διερεύνηση πραγματοποιήθηκε προσομοιώνοντας το πεδίο ροής της τυρβώδους ανωστικής φλέβας που σχηματίζεται, για διαφορετικές αρχικές συνθήκες εκροής (γωνία εκτόξευσης, ταχύτητα εκτόξευσης κλπ), και συνθήκες περιβάλλοντος (ύπαρξη ή μη ρεύματος). Η προσομοίωση πραγματοποιήθηκε με τη χρήση του λογισμικού VISJET. Για κάθε περίπτωση υπολογίστηκαν οι βασικές παράμετροι του σχηματιζόμενου πεδίου ροής (μεταβολή αξονικής ταχύτητας, μεταβολή αραίωσης, αξονική τροχιά) και συγκρίθηκαν με διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα, ώστε να ελεγχθεί η συμπεριφορά και η εγκυρότητα του συγκεκριμένου μοντέλου. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας, παρουσιάζονται εισαγωγικά στοιχεία για τα ειδή των ανωστικών φλεβών, καθώς και τα χαρακτηριστικά των εκροών σε υδάτινο αποδέκτη. Επίσης, πραγματοποιείται αναφορά στα βασικά μεγέθη προσδιορισμού του πεδίου ροής ανωστικής φλέβας. Στο δεύτερο κεφάλαιο, περιγράφονται τα συνήθη έργα που περιλαμβάνονται σε ένα σύστημα διάθεσης υγρών απόβλητων στη θάλασσα. Επίσης, μέσω της βιβλιογραφικής ανασκόπησης παρουσιάζονται εμπειρικές εξισώσεις υπολογισμού της αραίωσης για διάφορες περιπτώσεις αρχικής εκροής και περιβαλλοντικών συνθηκών. Στο τρίτο κεφάλαιο, περιγράφεται το μοντέλο JETLAG το οποίο αποτελεί το μοντέλο υπολογισμού του πεδίου ροής τυρβωδών ανωστικών φλεβών που χρησιμοποιείται από το λογισμικό VISJET. Παρουσιάζονται οι βασικές εξισώσεις του μοντέλου και παρατίθενται οι εξισώσεις προσδιορισμού των απαιτούμενων μεγεθών. Το λογισμικό παρέχει τη δυνατότητα απεικόνισης της τρισδιάστατης οπτικής ροής της προβλεπόμενης τροχιάς και της ανάμιξης μιας κεκλιμένης ανωστικής φλέβας σε κινούμενο ή μη περιβάλλον ρευστό που δύναται να είναι πυκνομετρικά στρωματοποιημένο. Το VISJET μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μελετήσει το πεδίο ροής, είτε μεμονωμένης φλέβας, είτε ομάδας κεκλιμένων ανωστικών φλεβών σε τρισδιάστατο χώρο. Στο τέταρτο κεφάλαιο, αρχικά, παρουσιάζονται τα βασικά βήματα που ακολουθήθηκαν κατά την προσομοίωση χρησιμοποιώντας το λογισμικό VISJET. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται τα αρχικά δεδομένα και τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων, για διάφορες περιπτώσεις κεκλιμένων φλεβών θετικής άνωσης σε ακίνητο και κινούμενο αποδέκτη. Σε κάθε προσομοίωση υπολογίζεται η τροχιά του άξονα της ανωστικής φλέβας, η μεταβολή της αξονικής ταχύτητας, η μεταβολή της αραίωσης και του εύρους της ανωστικής φλέβας. Τα αποτελέσματα συγκρίνονται με διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα της διεθνούς βιβλιογραφίας, ώστε να αξιολογηθεί η συμπεριφορά του μοντέλου στις διάφορες περιπτώσεις. Προέκυψε ότι η συμπεριφορά του μοντέλου στις περισσότερες περιπτώσεις συμβαδίζει με τα πειραματικά δεδομένα, ώστε δύναται να θεωρηθεί αξιόπιστο για χρήση για ερευνητικούς σκοπούς. Στο πέμπτο και τελευταίο, κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων για τις διάφορες περιπτώσεις. Τέλος, η παρούσα εργασία ολοκληρώνεται διατυπώνοντας ορισμένες προτάσεις για μελλοντική έρευνα στα πλαίσια του επιστημονικού πεδίου της διάθεσης υγρών λυμάτων.