تلاطم سیال در مخازن حامل ها (6)

در بخش های قبلی، علل پیدایش تلاطم سیال، روشهای استخراج میرایی،  میرایی ویسکوز در مخازن سیال، عوامل موثر بر طراحی تیغه های میراگر و چند عامل موثر بر میرایی تیغه ها ی حلقوی بیان شد؛ در ادامه اهمیت مود اول تلاطم در بررسی میرایی و سپس بخش اول روشهای متداول میرا نمودن سیال بیان می شود.

 در مخازن متقارن محوری، اولین مود نامتقارن مود غالب می باشد؛ این مود نسبت به سایر مودها با فرکانس کمتری تحریک شده و دارای سختی کمتری می باشد به همین علت دامنه تلاطم بالاتری دارد. با توجه به اینکه مخازن استوانه ای متقارن محوری می باشند، مودهای متقارن توانایی جابجایی در مرکز جرم سیال را نداشته، نیروها و ممانهای ناشی از تلاطم ایجاد نمی کنند (شکل 1). همانطور که از شکل 2 پیداست در دامنه تلاطم بیشینه یکسان، اولین مود اصلی نامتقارن بیشترین جابجایی در مرکز جرم سیال را داشته و بیشترین نیرو و ممان ناشی از تلاطم را موجب می شود. شکل سطح آزاد مود نامتقارن متناسب با تابع بسل بوده و برای مود همانند موج سینوسی در شکل 2 می باشد.

---

[1] Tangential Direction

---

مخازن استوانه ای به صورت ساده و یا با دیواره های تفکیک شده^[3] به کار می روند. برای میرا نمودن تلاطم سیال داخل مخزن، روشهای متفاوتی وجود دارد که از آن جمله میتوان به بخش بندی مخزن و به کاربردن انواع تیغه ها اشاره کرد؛ در شکل 3 به مهمترین روشها اشاره شده است.

---

[1] Annular Tank

[2] Sectored Tank

[3] Partitioning Walls

---

به کار بردن تیغه ها در مخازن سبب القای میرایی اندکی به سیستم می شود؛ مهم ترین بخش این میرایی ناشی از کاهش اندازه نیروی تلاطم و دامنه حرکت سیال می باشد. در مخازن متقارن محوری، روش معمول استغاده از تیغه های حلقوی در دیواره مخزن می باشد.  تیغه های حلقوی سبب افزایش میرایی تلاطم عرضی شده اما تاثیر چندانی بر تلاطم چرخشی سیال و ممان اینرسی دورانی حول محور طولی حامل ندارند. 

معمولا یکی از روشهای موثر جلوگیری از کوپل شدن مولفه های سیستم دینامیکی، بهبود یکی از مولفه ها به نحوی است که فرکانس طبیعی آن به شکل چشمگیری جابه جا شود. در حالتی که نیاز به تغییر محدوده فرکانس طبیعی سیال به محدوده ای قابل قبول می باشد و علاوه بر آن به صورت همزمان کاهش دامنه جرم تلاطم مدنظر است، بهترین گزینه استفاده از مخزن استوانه ای بخش بندی شده با دیواره های شعاعی است. به این طریق میتوان فرکانس پایین ترین مود مخزن بدون تیغه را افزایش داد؛ البته در این حالت مودهایی افزوده می شوند که بسیار نزدیک به هم شکل می گیرند. براساس مطالعات ذکر شده توسط آبرامسون [5]، مخازن استوانه ای بخش بندی شده با دیواره های شعاعی، نیروهای تلاطم را به اندازه تیغه های حلقوی کاهش نمی دهند. در نقطه مقابل، مخزن بخش بندی شده حلقوی سبب کاهش فرکانس پایین ترین مود مخزن بدون تیغه شده و سبب تشکیل مودهایی افزوده می شود که نسبتا دور از هم شکل می گیرند.

---

[5]        H. N. Abramson, "The Dynamic behavior of liquids in moving containers," NASA SP 106, 1966.

ادامه دارد...