Forsøg med strømrende

Der er udført forsøg, i en strømrende, hvor en tungere væske er blevet tilsat igennem dyse i bunden af renden. Dette kan overføres til virkeligheden, hvor tungt spildevand ledes ud i havet gennem rør der ligger på bunden.

Forsøgsopstilling

Strømrenden, som er vist på figur III.14.1, har en samlet længde på 20 meter, og den er 1,5 meter bred og 0,6 meter dyb. I hver ende er der et kar, som er 1 meter dyb og 1 meter lang. I det ene kar er der en rotor, som fører vandet tilbage gennem et rør under renden og genererer strømningen i renden. Der er i den ene side indbygget plexiglas i de sidste 5 meter, så strømningen og fanen kan betragtes.

Der er i området med plexiglas placeret en dyse midt i renden, der gør det muligt at tilsætte en anden væske op gennem bunden. Dysen, som er vist på figur III.14.2, har en diameter på 6,5 mm og er plan med bunden således, at den tilsatte væske kommer vinkelret ind i strømningen. Der benyttes en koncentreret saltvandsopløsning baseret på natriumklorid, som bliver pumpet op gennem dysen. For bedre at kunne se fanens udbredelse under forsøget, er der blevet tilsat rodamin. 2,5 meter efter dysen er der nedsænket 4 rør, som er placeret i den ene halvdel af renden med den antagelse at væsken fra fanen spreder sig symmetrisk i renden. Rørene er nummereret 1-4, hvor nr. 1 befinder sig tættest på kanten og nr. 4 inde ved midten af renden, figur III.14.3. Rørene har en indbyrdes afstand på ca. 19 cm og enderne befinder sig 1,5 cm over rendens bund. Herved er det muligt, at udtage prøver af vandet i den valgte dybde og saltholdigheden kan bestemmes.

Forsøgsudførelse

Der blev i alt lavet 3 forsøg, hvor densiteten af saltvandet, samt hastigheden i renden og i dysen blev varieret. De øvrige faktorer blev holdt ens, således at forsøgene kunne sammenlignes. Hastigheden i renden blev målt i overfladen vha. en flyder. Densiteten af saltvandet, som skal tilsættes gennem dysen blev bestemt ved at udtage prøver og veje dem i et pyknometer. Vandstanden blev i alle forsøgene fasthold på 44,5 cm.

Der blev under forsøgene optaget videoer, hvilket gør det muligt at sammenligne udbredelsen af saltvandet med modelberegningerne i CFX. På figur III.14.4 ses et billede af fanen fra forsøg 2.

De værdier, der blev målt inden forsøgets start, er opstillet i tabel III.14.1.

Det antages at forsøget havde opnået stationær tilstand, når prøverne blev udtaget fra de fire rør. Hvorefter de blev vejet i et pyknometer og målt med salinitetsmåleren. Det var vanskeligt at bestemme de små forskelle med pyknometeret, derfor antages salinitetsmålingerne at være mere pålidelige. Resultaterne er opstillet i tabel III.14.2.


Sammenholdes prøverne, der er udtaget under forsøget, med saltholdigheden af vandet inden forsøgets start, kan det konstateres, at saltvandet er blevet fortyndet mindst 40 gange. Graden af fortyndingen kan skyldes, at prøverne er udtaget 1,5 cm over bunden, hvorved det er muligt, at det ikke er det mest saltholdige vand, der er opsamlet.

I forsøg 1 var hastigheden i renden tilstrækkelig lav til, at saltvandet kunne bevæge sig op mod strømmen langs siderne (video), hvilket ikke var tilfældet i de efterfølgende forsøg, hvor hastighederne var større.

Videoerne fra forsøgene er kan åbnes fra de efterfølgende links:
Faneforsøg 1 top
Faneforsøg 1 side
Faneforsøg 2
Faneforsøg 3 top
Faneforsøg 3 side

Model

Der er under opsætningen af modellen i CFX valgt, at gøre det modellerede område mindre end i virkeligheden. Derfor medtages kun to meter opstrøms dysen, da der ikke forventes, at optræde nogle ændringer her. Dysen er i modellen sat til, at være to cm i diameter, hvilket gør det muligt at køre med et større mesh.

Der blev i alt opsat to modeller, og indløbet er i begge modeller placeret inden dysen. Hastigheden i renden er sat til det der blev målt under forsøg 3. I den første model blev udløbet placeret som i virkeligheden. Her blev udløbet lavet som en åbning, hvilket under beregningen skabte nogle kraftige strømninger og lavede en fuld opblanding af saltvandet, hvilket er illustreret på figur III.14.5. En forklaring på dette kan være, at der på den ene side vil være hydrostatisk tryk ned gennem væsken, mens der på randen vil være et konstant tryk. Dette vil medføre at vandet vil blive presset ud ved bunden imens der vil komme vand ind i toppen, figur III.14.6.

For at imødekomme dette problem blev den anden model opsat.
I stedet er der lavet en kant, hvor vandet løber ud over og derefter ud af systemet. Her er hastigheden lig den fra indløbet. Yderlig er der lavet et hul i toppen, der virker som en åbning med statisk tryk på 1 atm, hvor det resterende vand kan komme ud, figur III.14.7. For at undgå at det nye udløb påvirker fanen af saltvand flyttes udløbet yderlig 3 meter længere nedstrøms.

 

Beregningen for den opstillede model 2 kan ses på figur III.14.8, hvor renden er indtegnet med volumenfraktionerne af saltvand.
Der har uheldigvis ikke været muligt , inden for tidsrammen, at få opstillet en anvendelig model over forsøgene. Resultatet belv enten en total opblanding som i model 1, eller der dannes et ikke opblandet lag af saltvand på bunden af hele renden. Dette gør, at det ikke har været muligt at sammenligne forsøgene med modelberegningerne.

Modelleringen i CFX viser, hvor vigtigt randbetingelserne er for modelopsætningen.

[ Til toppen ]
[ Forrige | Næste ]