بررسی آزمایشگاهی سقوط گلوله های کروی درون سیال نیوتنی و محاسبه ضریب پسا با استفاده از تصویر برداری

سقوط ذرات جامد درون سیال بعنوان یکی از مسایل پرکاربرد در بسیاری از صنایع از جمله صنعت آب و فاضلاب، زیست فناوری، مهندسی محیط زیست، مهندسی دریا و... است. در این پژوهش به مطالعه آزمایشگاهی سقوط گلوله های فولادی با قطرهای مختلف (از ۸ تا ۲۵ میلی متر) درون یک کانال آب ایستا (با فاصله از دیواره) پرداخته شده است. همچنین بعنوان یک مطالعه موردی اثر دیواره بر حرکت و سرعت گلوله با قطر مشخص مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور از یک دوربین تصویر برداری پرسرعت استفاده و سرعت سقوط گلوله ها در حین سقوط تا زمان رسیدن به سرعت حدی بصورت تابعی از زمان توسط پردازش تصویر استخراج شده است. ضریب پسا و سایر پارامترهای وابسته نیز محاسبه و گزارش شده است. همچنین برای اولین بار نتایج آزمایشگاهی به دست آمده مربوط به سرعت لحظه ای و حدی با نتایج آزمایشگاهی سایر پژوهشگران و حل عددی معادلات حاکم مقایسه و صحت سنجی شده است. حداکثر اختلاف گزارش شده بین نتایج بدست آمده آزمایشگاهی و حل عددی برای سرعت لحظه ای و حدی به ترتیب ۱۲ و ۵/۴ درصد می باشد. بر اساس نتایج بدست آمده، نتایج آزمایشگاهی مربوط به ضریب پسا تطابق بسیاری با رابطه ضریب پسا پیشنهادی پژوهش های پیشین دارد. نتایج همچنین نشان داد که سقوط گلوله در نزدیکی دیواره منجر به تغییر مسیر گلوله در راستای افقی می شود اما سرعت سقوط در مقایسه با حالت دور از دیواره تغییر چندانی نداشته است.

کلیدواژه ها:

Falling Sphere ، Terminal Velocity ، Drag Coefficient ، Newtonian Fluid ، سقوط ، سیال نیوتنی ، ضریب پسا ، سرعت حدی