بررسی آزمایشگاهی و تحلیل دینامیکی فراکتال و چند فراکتال الگوهای تکامل جریان چگال

Abstract

جریان چگال در اثر اختلاف دانسیته هر چند کم با سیال محیطی به وجود می آید. این جریان ها نوعی از جریان های دوفازی به حساب می آیند. این جریان ها ماهیت غیر خطی دارند که پیچیده و حساس نسبت به شرایط اولیه می باشند. هندسه فراکتال به عنوان ابزاری قدرتمند جهت بررسی پدیده های پیچیده طبیعی به کار گرفته می شود. هدف از این مقاله بررسی جامعی بر روی ویژگیهای فراکتال و چند فراکتال جریان چگال می باشد و همچنین روابط معناداری بین عدد ریچاردسون و شدت اختلاط جریان چگال با استفاده از تئوری فراکتال برقرار نمود. در این پژوهش، آزمایشات در 28 حالت مختلف با تغییر در شیب کف، چگالی و دبی ورودی جریان چگال صورت گرفته است. از کد های توسعه داده شده در محیط MATLAB برای محاسبه شاخص های چند فراکتالی بعد تعمیم یافته D(q)، طیف تکینگی f(α)، زاویه تکینگی α، ضریب مقیاسی T(q) و بعد فراکتال Df استفاده شد. نتایج و بررسی های مختلف نشان داد با افزایش شیب کف فلوم، تقریبا بعد فراکتال کاهش می یابد. همچنین با افزایش غلظت و دبی جریان چگال، بعد فراکتال افزایش می یابد. هر چه عدد ریچاردسون افزایش یابد، نمودار ضریب مقیاسی آن الگوی خطی تری از خود نشان می دهد. همچنین نرخ تغییرات بعد فراکتال نسبت به q در این آزمایشات ملایم تر بوده و زاویه تکینگی در این آزمایشات مقادیر بیشتری اتخاذ کرده اند و دامنه کمتری دارند. با تحلیل فراکتال، ارتباط معناداری با ضریب تعیین 0.92 بین عدد ریچاردسون و شدت اختلاط برقرار گردید.