Πτυχιακή εργασία Επίδραση Βλάστησης Σε Κεκλιµένο Αγωγό Με Παρουσία Θυρίδας

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Πτυχιακή εργασία Επίδραση Βλάστησης Σε Κεκλιµένο Αγωγό Με Παρουσία Θυρίδας"

Πᾰλαιμον Θεοδοσίου
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Τ.Ε.Ι.Θ Σχολή Τεχνολογικών Εφαρµογών ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΥΠΟ ΟΜΗΣ Πτυχιακή εργασία Επίδραση Βλάστησης Σε Κεκλιµένο Αγωγό Με Παρουσία Θυρίδας Επιβλέπων καθηγητής: Κεραµάρης Ευάγγελος Φοιτήτριες: Αργυρίου Ευδοκία Γκόγκου Χρυσούλα

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το θέµα της πτυχιακής εργασίας στο οποίο καταλήξαµε συνδυάζει πειραµατική διαδικασία µε µελέτη αποτελεσµάτων. Πιο συγκεκριµένα η προκείµενη εργασία αποτελείται από µια σειρά πειραµάτων τα οποία λαµβάνουν χώρα σε ένα από τα εργαστήρια του τοµέα υδραυλικής και τεχνικής περιβάλλοντος της πολυτεχνικής σχολής Θεσσαλονίκης. Στο εργαστήριο αυτό εκτός των άλλων υπάρχει ένα κανάλι στο οποίο πραγµατοποιήθηκαν τα πειράµατα. Η πειραµατική διαδικασία περιελάµβανε την τοποθέτηση βλάστησης στον πυθµένα του καναλιού, την έκχυση καθαρού νερού στο εσωτερικό του και τη δηµιουργία διαλύµατος σε θάλαµο που υπήρχε στην αρχή του καναλιού. Αλλάζοντας κάθε φορά το ύψος της βλάστησης το ύψος της ελεύθερης επιφάνειάς του νερού την περιεκτικότητα του διαλύµατος καθώς και την κλίση του πυθµένα του καναλιού ανοίγαµε την θύρα του θαλάµου, έτσι ώστε να απελευθερωθεί το διάλυµα και να καταφέρουµε να καταγράψουµε την πορεία του στο καθαρό νερό. ιατηρώντας σταθερούς κάποιους από τους συντελεστές του πειράµατος και αλλάζοντας κάποιους άλλους καταλήξαµε σε είκοσι επτά πειράµατα. Είκοσι επτά διαφορετικές πορείες του διαλύµατος στο καθαρό νερό έχουν καταγραφεί µε την βοήθεια ψηφιακής βιντεοκάµερας. Τα αποτελέσµατα έχουνε καταχωρηθεί σε πίνακες από τους οποίους προέκυψαν κάποια διαγράµµατα. Η µελέτη αυτών των διαγραµµάτων, όπως και η σύγκρισή τους µε διαγράµµατα παλαιότερων εργασιών θα ολοκληρώσουνε την πτυχιακή εργασία.

Θεσσαλονίκης. Στο εργαστήριο αυτό εκτός των άλλων υπάρχει ένα κανάλι στο οποίο πραγµατοποιήθηκαν τα πειράµατα.

3 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΦΟΡΑ Θέµα της συγκεκριµένης πτυχιακής εργασίας αποτελεί η διάχυση διαλύµατος, εγκλεισµένου σε θάλαµο, σε επικλινές κανάλι γεµισµένο µε νερό. Η πειραµατική διαδικασία βιντεοσκοπήθηκε δίνοντας έτσι τη δυνατότητα επεξεργασίας των αποτελεσµάτων.οι εργασίες των BIRMAN και MAXWORTHY-NOKES που παρατίθενται στη συνέχεια θα αποτελέσουν το µέτρο σύγκρισης,βάση του οποίου θα βγούνε κάποια συµπεράσµατα. Οι δύο αυτές µελέτες ως θέµα ουσιαστικά ταυτίζονται µε την προκείµενη εργασία.ακολουθείται παραπλήσια πειραµατική διαδικασία και εν συνεχεία ανάλυση των αποτελεσµάτων. Τα έγγραφα είναι δοµηµένα όπως ακολουθεί. Περιγράφεται το φυσικό πρόβληµα και η οργάνωση για τις προσοµοιώσεις, µαζί µε τις ισχύουσες εξισώσεις και τους οριακούς και αρχικούς όρους. Η υπολογιστική προσέγγιση περιγράφεται εν συντοµία παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα προσοµοίωσης. Το ύψος και η ταχύτητα του µετώπου θα αναλυθούν, µαζί µε την εξακολουθητική ανάµιξη, ως λειτουργίες της γωνίας κλίσεων και της αναλογίας πυκνότητας.παρουσιάζονται τα πειραµατικά στοιχεία για την µετωπική ταχύτητα θα. Το απλό πρότυπο Thorpe θα προσαρµοστεί, για να εξηγήσει ορισµένες πτυχές των αποτελεσµάτων προσοµοίωσης. Ένα συνοπτικό τµήµα ολοκληρώνει το έγγραφο.

οι εργασίες των BIRMAN και MAXWORTHY-NOKES που παρατίθενται στη συνέχεια θα αποτελέσουν το µέτρο σύγκρισης,βάση του οποίου θα βγούνε κάποια συµπεράσµατα.

4 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑΤΑΞΗ Η πειραµατική διαδικασία έλαβε χώρα σε µια σχετικά απλή διάταξη, όπως φαίνετε και στην φωτογραφία. Η διάταξη αυτή περιλάµβανε ένα κανάλι 4m περίπου µέτρων µήκους, cm πλάτους και cm ύψους. Στα cm µετά την αρχή του καναλιού, υπήρχε µια εγκοπή, στην οποία εφαρµοζόταν µια ειδική θύρα. Αυτή η θύρα επέτρεπε τη δηµιουργία ενός θαλάµου στην αρχή του καναλιού µέσα στο οποίο παρασκευαζόταν το διάλυµα του νερού µε το αλάτι και την χρωστική ουσία. Στον πυθµένα του καναλιού εφαρµόστηκε ειδικός τάπητας,του οποίου ο ρόλος ήταν αυτός της βλάστησης που υπάρχει σε πραγµατικά ποτάµια. Αξίζει επίσης να αναφέρουµε το γεγονός ότι ο πυθµένας του καναλιού είχε τη δυνατότητα να οριζοντιώνεται ή να αλλάζει κλίση ανάλογα µε τα ζητούµενα του κάθε πειράµατος. Η διαδικασία του πειράµατος είχε ως εξής το κανάλι γέµιζε µε καθαρό νερό µέχρι του επιθυµητού σηµείου. Στη συνέχεια η ειδική θύρα αποµόνωνε τα πρώτα είκοσι πέντε εκατοστά του καναλιού.σε αυτήν την περιοχή δηµιουργούνταν το διάλυµα µε το αλάτι και την χρωστική. Μετά την παρασκευή του διαλύµατος καταγραφόταν οι µετρήσεις θερµοκρασίας και αγωγιµότητας που έδινε το ειδικευµένο για αυτή την εργασία όργανο του εργαστηριού. Το τελευταίο στάδιο του πειράµατος ήταν η απότοµη αφαίρεση της θύρας και η βιντεοσκόπηση της πορείας του διαλύµατος στο καθαρό νερό. ιατηρώντας κάποιες από τις µεταβλητές σταθερές και αλλάζοντας τις τιµές άλλων καταλήξαµε στην καταγραφή είκοσι επτά διαφορετικών πειραµάτων. Η ανάλυση των στοιχείων που έδωσε η καταγραφή αυτών των πειραµάτων καθώς και η σύγκριση τους µε άλλες εργασίες θα έχουν σαν αποτέλεσµα το τέλος της πτυχιακής εργασίας.

Αυτή η θύρα επέτρεπε τη δηµιουργία ενός θαλάµου στην αρχή του καναλιού µέσα στο οποίο παρασκευαζόταν το διάλυµα του νερού µε το αλάτι και την χρωστική ουσία.

5 ΠΙΝΑΚΕΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ

6 ΧΑΜΗΛΗ ΨΗΛΗ ΑΛΑΤΙ(kgr) Η(cm) ΠΕΙΡΑΜΑ ΒΛΑΣΤΗΣΗ

7 ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ Οι συγκεκριµένες φωτογραφίες προέκυψαν από την επεξεργασία της βιντεοσκόπησης των πειραµάτων. Ενδεικτικά παραθέτουµε τρία στιγµιότυπα από το αρχικό, το µεσαίο και το τελικό στάδιο του πειράµατος.

8 ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Στο προκείµενο κεφάλαιο παρατίθενται όλα εκείνα τα στοιχεία τα οποία αποκοµίσθηκαν από την πειραµατική διαδικασία. Τα δεδοµένα αυτά συγκεντρώθηκαν σε πίνακες και διαγράµµατα έτσι ώστε να γίνονται ευκολότερα κατανοητά τα συµπεράσµατα που προκύπτουν από την πειραµατική διαδικασία. Οι πίνακες είναι είκοσι επτά όσα φυσικά είναι και τα πειράµατα. Τα στοιχεία που περιέχουν είναι αυτά που παίρναµε απευθείας στο εργαστήριο αλλά και εκείνα που προέκυψαν από την επεξεργασία των εικόνων των πειραµάτων. Τα frames αντιστοιχούν στα στιγµιότυπα του πειράµατος ανά 0,3 sec. Στο X αντιστοιχεί η µετατόπιση του διαλύµατος κατά την οριζόντια κατεύθυνση. Στο H αντιστοιχεί η µετατόπιση του διαλύµατος κατά την κατακόρυφη διεύθυνση. Στο S αντιστοιχεί η κλίση του καναλιού.

Οι πίνακες είναι είκοσι επτά όσα φυσικά είναι και τα πειράµατα.

9 67 5, , , , , , , ,7 4 34,4 38 9, 35,8 3, , , , , H(cm) X(cm) T(sec) FRAME J=0 ΧΑΜΗΛΗ ΒΛΑΣΤΗΣΗ γ=4,9ms/cm,c=3 C,H=cm,αλάτι=kgr ΠΕΙΡΑΜΑ #

3 0,9 5 9 0,6 7 5 0,3 3 0 0 H(cm) X(cm) T(sec) FRAME J=0

10 ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ Ο βασικός λόγος για τον οποίο δηµιουργήθηκαν οι πίνακες είναι τα διαγράµµατα. Τα διαγράµµατα δίνουν τη δυνατότητα της κατανόησης των πειραµάτων καθώς επίσης και την οπτικοποίηση των επιπτώσεων που έχει η αλλαγή ενός ή περισσοτέρων συντελεστών της πειραµατικής διαδικασίας στο τελικό αποτέλεσµα. Τα περάµατα έχουν οµαδοποιηθεί ανά τρία µιας και τρία διαγράµµατα αναφέρονται σε τρία συγκεκριµένα πειράµατα.

επιπτώσεων που έχει η αλλαγή ενός ή περισσοτέρων συντελεστών της πειραµατικής διαδικασίας στο τελικό

11 ΓΡΑΦΙΚΕΣ ΠΑΡΑΣΤΑΣΕΙΣ ΙΑΓΡΑΜΜΑ Χ-Τ ΓΙΑ Η=cm (βλάστηση χαµηλή) ΙΑΓΡΑΜΜΑ Χ-H ΓΙΑ Η=cm (βλάστηση χαµηλή) T ( s e c ) Αλάτι Κγρ (S=0,07) Aλάτι Κγρ (S=0,07) Αλάτι Κγρ (S=0,07) H ( c m ) Αλάτι Κγρ (S=0,07) Aλάτι Κγρ (S=0,07) Αλάτι Κγρ (S=0,07) Χ(cm) Χ(cm) ΙΑΓΡΑΜΜΑ T-H ΓΙΑ Η=cm (βλάστηση χαµηλή) H ( c m ) 5 5 Αλάτι Κγρ (S=0,07) Aλάτι Κγρ (S=0,07) Αλάτι Κγρ (S=0,07) T(sec)

0 40 60 80 0 40 60 80 0 40 60 80 300 Αλάτι Κγρ (S=0,07) Aλάτι Κγρ (S=0,07) Αλάτι Κγρ (S=0,07) Χ(cm) Χ(cm) ΙΑΓΡΑΜΜΑ

12 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην πτυχιακή αυτή εργασία µελετήθηκε πειραµατικά στο εργαστήριο η επίδραση τοποθετηµένης βλάστησης στον πυθµένα ανοικτού αγωγού στα χαρακτηριστικά της ροής πάνω από αυτήν. ιερευνήθηκε η επίδραση του σχετικού πάχους πορώδους hβλ/ηρ στη κατανοµή της ταχύτητας και στη παροχετευτική ικανότητα του αγωγού. Τα συµπεράσµατα που προκύπτουν από αυτή τη πειραµατική µελέτη είναι :

ιερευνήθηκε η επίδραση του σχετικού πάχους πορώδους hβλ/ηρ στη κατανοµή της ταχύτητας και στη

13 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ α) Αύξηση του σχετικού πάχους βλάστησης (από 0.7 σε 0.9 για hβλ=cm και από 0.35 σε 0.5 για hβλ=6cm) έχει σαν αποτέλεσµα την αύξηση της αδιάστατης ταχύτητας U/U* πάνω από τη βλάστηση. β) Αύξηση της κλίσης έχει σαν αποτέλεσµα την αποµάκρυνση από το λογαριθµικό νόµο για λείο τοίχωµα. Μείωση του σχετικού πάχους βλάστησης έχει σαν αποτέλεσµα σε όλες τις περιπτώσεις επίσης την αποµάκρυνση από το λογαριθµικό νόµο για λείο τοίχωµα. γ) Η επίδραση που έχει το ελαφρύ λύγισµα της βλάστησης εξαιτίας της ταχύτητας του νερού είναι σηµαντική και ιδιαίτερα για τη µικρότερη κλίση (S=0.00), όπου όπως φαίνεται αποµακρυνόµαστε αρκετά από το λογαριθµικό νόµο για τραχύ τοίχωµα. Όσο όµως αυξάνεται η κλίση προσεγγίζουµε όλο και περισσότερο το λογαριθµικό νόµο και η επίδραση που έχει το ελαφρύ αυτό λύγισµα όλο και µειώνεται. Επίσης αύξηση του σχετικού πάχους βλάστησης έχει σαν αποτέλεσµα την καλύτερη προσέγγιση του λογαριθµικού νόµου για τραχύ τοίχωµα. δ) Αύξηση του σχετικού πάχους βλάστησης για το ίδιο βάθος ροής έχει σαν αποτέλεσµα µείωση της ταχύτητας ροής πάνω από τη βλάστηση. Με αύξηση της κλίσης για το ίδιο βάθος ροής έχουµε και αύξηση της ταχύτητας ροής πάνω από τη βλάστηση, όπως ήταν φυσιολογικό.

Μείωση του σχετικού πάχους βλάστησης έχει σαν αποτέλεσµα σε όλες τις περιπτώσεις επίσης την αποµάκρυνση από το λογαριθµικό νόµο για λείο τοίχωµα.

Σχετικά έγγραφα

Ένωση Ελλήνων Φυσικών ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ 2008 Πανεπιστήμιο Αθηνών Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών, Τεχνολογίας, Περιβάλλοντος.

Ένωση Ελλήνων Φυσικών ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ 2008 Πανεπιστήμιο Αθηνών Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών, Τεχνολογίας, Περιβάλλοντος. Θεωρητικό Μέρος Θέμα 1o A Λυκείου 22 Μαρτίου 28 Στις ερωτήσεις Α,Β,Γ,Δ,E μια μόνο απάντηση είναι σωστή. Γράψτε στο τετράδιό σας το κεφαλαίο γράμμα της ερώτησης και το μικρό γράμμα της σωστής απάντησης.