ﭼﻜﻴﺪه

در اﻳﻦ ﻣﻘﺎﻟﻪ ﺑﻪ ﻣﻌﺮﻓﻲ PIV ﺑﻪ ﻋﻨﻮان روﺷﻲ ﻣﻨﺎﺳﺐ در ﺑﺮرﺳﻲ ﺟﺮﻳﺎن در ﺳﻴﺎﻻت ﭘﺮداﺧﺘﻪ ﺷﺪه اﺳـﺖ. در اﺑﺘـﺪا ﺑـﻪ ﺷـﺮح اﻳـﻦ ﺗﻜﻨﻴﻚ ،ﻛﻪ ﺑﺮ اﺳﺎس اﻧﺪازه ﮔﻴﺮي ﻣﻴﺰان ﺟﺎﺑﺠﺎﻳﻲ داﻧﻪ ﻫﺎي ﻣﻌﻠﻖ ﺷﺪه در ﺳﻴﺎل در ﻓﺎﺻﻠﻪ زﻣﺎﻧﻲ دو ﻋﻜﺲ ﻣﺘـﻮاﻟﻲ از ﺣﺮﻛـﺖ ﺳـﻴﺎل و ﭘﻴﺪا ﻛﺮدن ﺳﺮﻋﺖ ﺳﻴﺎل ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻣﻘﺪار اﻳﻦ ﺟﺎﺑﺠﺎﻳﻲ و ﻓﺎﺻﻠﻪ زﻣﺎﻧﻲ دو ﻋﻜﺲ و ﺑـﺎ ﻛﻤـﻚ ﭘـﺮدازش ﺗﺼـﻮﻳﺮي اﻧﺠـﺎم ﻣـﻲ ﮔﻴـﺮد، ﭘﺮداﺧﺘﻪ ﻣﻲ ﺷﻮد. ﺳﭙﺲ ﻳﻚ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻛﺎرﺑﺮد آن در ﺑﺮرﺳﻲ ﭘﺪﻳﺪه ﺗﺨﻠﻴﻪ ﮔﺰﻳﻨﺸﻲ از ﻳﻚ ﻣﺨﺰن ﻻﻳﻪ ﺑﻨﺪي ﺷﺪه ﺷﺮح داده ﺷـﺪه اﺳـﺖ و ﻧﺘﺎﻳﺞ ﺑﺪﺳﺖ آﻣﺪه از ﻳﻜﻲ از آزﻣﺎﻳﺸﻬﺎ ﺑﺎ ﻧﺘﺎﻳﺞ ﻣﻮرد اﻧﺘﻈﺎر از ﻣﺪل ﻋﺪدي ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ ﺷﺪه اﺳﺖ.

ﻛﻠﻴﺪ واژه ﻫﺎ : PIV ، ﺗﺨﻠﻴﻪ ﮔﺰﻳﻨﺸﻲ ، ﺟﺮﻳﺎن ﻻﻳﻪ اي

-۱ ﻣﻘﺪﻣﻪ

PIV ﻳﺎ Particle Image Velocimetery روﺷﻲ ﺑﺮاي ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻣﻴﺪان ﺳﺮﻋﺖ ﻟﺤﻈﻪ اي ﻳﻚ ﺳـﻴﺎل در ﺣـﺎل ﺣﺮﻛﺖ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ. اﺳﺎس اﻳﻦ روش ﺑـﺮ ﺗﺼـﻮﻳﺮ ﺑـﺮداري از ﻣﻴـﺪان ﺟﺮﻳـﺎن و اﻧﺠـﺎم Image Processing ﺑﺮﺗﺼـﺎوﻳﺮ اﺳﺘﻮار اﺳﺖ. در اﻳﻦ روش اﺑﺘﺪا ذرات رﻳﺰي ﻛﻪ در ﻣﻘﺎﺑﻞ ﻧﻮر درﺧﺸﺶ ﭘﻴﺪا ﻣﻲ ﻛﻨﻨﺪ، ﺑﺎ ﺳﻴﺎل ﻣﺨﻠﻮط ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ. اﻳﻦ ذرات ﺑﺎ ﺟﺮﻳﺎن ﺳﻴﺎل ﺣﺮﻛﺖ ﻣﻲ ﻛﻨﻨﺪ و ﺑﺎ ﮔﺮﻓﺘﻦ دو ﻋﻜﺲ ﻣﺘﻮاﻟﻲ از اﻳﻦ ذرات در ﺣﺎل ﺣﺮﻛﺖ و ﺑﺎ داﻧﺴﺘﻦ ﻓﺎﺻﻠﻪ زﻣﺎﻧﻲ ﺑﻴﻦ دو ﻋﻜﺲ ﺳﺮﻋﺖ ﻟﺤﻈﻪ اي در ﻫﺮ ﻧﻘﻄﻪ از ﺻﻔﺤﻪ ﻋﻜﺴﺒﺮداري ﺷﺪه از ﺳﻴﺎل ﻣﺸـﺨﺺ ﻣـﻲ ﺷـﻮد. ﻣﺰﻳﺘﻬـﺎي اﻳﻦ روش در اراﺋﻪ ﺳﺮﻋﺖ در ﻫﺮ ﻟﺤﻈﻪ و در ﺗﻤﺎم ﻧﻘﺎط ﺳﻴﺎل، آن را ﺑﻪ روﺷﻲ ﻣﻨﺎﺳﺐ در ﺑﺮرﺳﻲ ﭘﺪﻳﺪه ﻫﺎي ﻣﻜﺎﻧﻴﻚ

۱

N  و ρ ﭼﮕﺎﻟﻲ ﺳـﻴﺎل ﻣـﻲ ﺑﺎﺷـﺪ) ﻣﻴﺮﺳـﺪ و ﺛﺎﺑـﺖ ﻣـﻲ

ρ

dz) * g

ﺳﻴﺎﻻت ﺗﺒﺪﻳﻞ ﻛﺮده اﺳﺖ. ﺑﺎ ﭘﻴﺪاﻳﺶ و در ﻗﺎﺑﻞ دﺳﺘﺮس ﺷﺪن ﭘﺮدازﺷﮕﺮﻫﺎ و دورﺑﻴﻦ ﻫﺎي دﻳﺠﻴﺘﺎل اﻣﻜﺎن اﺳـﺘﻔﺎده از اﻳﻦ ﺗﻜﻨﻴﻚ ﺑﻴﺶ از ﮔﺬﺷﺘﻪ ﺑﺮاي ﻋﻤﻮم ﭘﮋوﻫﺸﮕﺮان ﻣﻜﺎﻧﻴﻚ ﺳﻴﺎﻻت ﺑﻮﺟﻮد آﻣﺪه اﺳﺖ.

در اﻳﻦ ﻣﻘﺎﻟﻪ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از PIV ﺑﻪ ﺑﺮرﺳﻲ ﭘﺪﻳﺪه ﺗﺨﻠﻴﻪ ﮔﺰﻳﻨﺸﻲ((Selective Withdrawal از ﻣﺨﺎزن ﺳﺪﻫﺎ ﭘﺮداﺧﺘﻪ ﺷﺪه اﺳﺖ. ﻣﺨﺎزن آب در ﻃﺒﻴﻌﺖ ﻋﻤﻮﻣﺎ ﺑﺮ اﺛﺮ ﺗﺎﺑﺶ آﻓﺘﺎب ﺑﺮ ﺳﻄﺢ ﻣﺨﺰن و ﮔﺮم ﻛـﺮدن ﻻﻳـﻪ ﻫـﺎي ﺑـﺎﻻﻳﻲ دﭼﺎر ﭘﺪﻳﺪه ﻻﻳﻪ ﺑﻨﺪي((Stratification ﻣﻲ ﮔﺮدﻧﺪ ﻛﻪ در آن ﻻﻳﻪ ﻫﺎي ﮔﺮم و ﺳﺒﻚ ﺗﺮ در ﺑﺎﻻ و ﻻﻳﻪ ﻫـﺎي ﺳـﺮد و ﺳﻨﮕﻴﻦ ﺗﺮ در ﭘﺎﻳﻴﻦ ﻣﺨﺰن ﻗﺮار ﻣﻲ ﮔﻴﺮﻧﺪ، و در ﻧﺘﻴﺠﻪ ﺧﻮاص ﻓﻴﺰﻳﻜـﻲ و ﺷـﻴﻤﻴﺎﻳﻲ و ﻣﺸﺨﺼـﺎت ﺑﻴﻮﻟـﻮژﻳﻜﻲ آب در ﻋﻤﻘﻬﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻣﺨﺰن دﭼﺎر ﺗﻐﻴﻴﺮات ﻋﻤﺪه ﻣﻲ ﺷﻮد. ﺗﺨﻠﻴﻪ آب ﻣﺨﺰن از ﻋﻤﻖ دﻟﺨـﻮاه ﺑـﺎ ﻛﻴﻔﻴـﺖ و ﺧـﻮاص ﻣـﻮرد ﻧﻈﺮ ﺗﺨﻠﻴﻪ ﮔﺰﻳﻨﺸﻲ ﻧﺎﻣﻴﺪه ﻣﻲ ﺷﻮد.

ﺑﺮرﺳﻲ ﺗﺨﻠﻴﻪ ﮔﺰﻳﻨﺸﻲ ﺑﺴﺘﻪ ﺑﻪ ﻧﺤـﻮه ﻻﻳـﻪ ﺑﻨـﺪي و ﺷـﻜﻞ درﻳﭽـﻪ ﺧﺮوﺟـﻲ ﻣﺘﻔـﺎوت ﻣـﻲ ﺑﺎﺷـﺪ. ﻣﻜـﺎﻧﻴﺰم ﺗﺸـﻜﻴﻞ، و دﻳﻨﺎﻣﻴﻚ ﺗﺨﻠﻴﻪ ﮔﺰﻳﻨﺸﻲ ﺑﺮاي ﺣﺎﻟﺖ ﺳﻴﺎل ﺑﺎ ﻻﻳﻪ ﺑﻨﺪي ﺧﻄﻲ (ﮔﺮادﻳﺎن ﭼﮕﺎﻟﻲ در ﻋﻤـﻖ ﺛﺎﺑـﺖ ﻣـﻲ ﺑﺎﺷـﺪ) و درﻳﭽـﻪ ﺧﺮوﺟـﻲ ﺧﻄـﻲ (Line sink) در ﻳـﻚ ﻛﺎﻧـﺎل ﻣﺴـﺘﻄﻴﻞ ﺷـﻜﻞ ﺑـﺎ ﻃـﻮل زﻳـﺎد ﺑـﺮاي اوﻟـﻴﻦ ﺑـﺎر ﺗﻮﺳـﻂ Pao and Kao(1974) و(Kao et el.(1974 ﺑﺼﻮرت ﺣﻞ ﻋﺪدي وآزﻣﺎﻳﺸﮕﺎﻫﻲ ﺑﺮرﺳﻲ ﺷﺪ. ﺑﺮ اﺳﺎس اﻳﻦ ﻣﻄﺎﻟﻌـﺎت ﺑـﺎ ﺑـﺎز ﺷﺪن درﻳﭽﻪ ﺑﻴﻨﻬﺎﻳﺖ ﻣﻮج دروﻧﻲ ﻛﻪ ﺑﻪ اﻣﻮاج ﺑﺮﺷﻲ ﻣﻌﺮوف ﻫﺴﺘﻨﺪ، در ﻣﺤﻞ درﻳﭽﻪ ﺗﺸﻜﻴﻞ ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ و ﺑﺎ ﺳﺮﻋﺘﻬﺎي ﻣﺘﻔﺎوت ﺑﻪ ﺳﻤﺖ ﺑﺎﻻدﺳﺖ درﻳﭽﻪ ﺷﺮوع ﺑﻪ ﺣﺮﻛﺖ ﻣﻲ ﻛﻨﻨﺪ. ﺑﺎ ﮔﺬﺷﺖ ﻫﺮ ﻣﻮج از ﻳﻚ ﻣﻘﻄﻊ ﻛﺎﻧﺎل ﺗﻮزﻳـﻊ ﺳـﺮﻋﺖ ﺑﻪ ﻧﺤﻮي ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻣﻲ ﻛﻨﺪ ﻛﻪ ﺳﺮﻋﺖ اﻓﻘﻲ آب در ﺗﺮاز ﺟﻠﻮي درﻳﭽﻪ ﺑﻴﺸﺘﺮ ﺷﺪه وﻟﻲ ﺳﺮﻋﺖ در ﺳـﺎﻳﺮﺗﺮازﻫﺎ ﻛﻤﺘـﺮ ﻣـﻲ ﺷﻮد. در ﻫﺮ زﻣﺎن ﺿﺨﺎﻣﺖ ﻧﺎﺣﻴﻪ اي از اﻃﺮاف ﺗﺮاز درﻳﭽﻪ ﻛﻪ آب از آن ﻗﺴـﻤﺖ ﻛﺸـﻴﺪه ﻣـﻲ ﺷـﻮد، ﺿـﺨﺎﻣﺖ ﻻﻳـﻪ ﮔﺰﻳﻨﺸﻲ ﻧﺎﻣﻴﺪه ﻣﻲ ﺷﻮد. ﺑﺮاﺳﺎس ﺗﺌﻮري ﺑﻴﺎن ﺷﺪه اﻧﺘﻈﺎر ﻣﻲ رود ﻛﻪ ﺑﺎ ﮔﺬﺷﺖ زﻣﺎن ﺿﺨﺎﻣﺖ ﻻﻳﻪ ﮔﺰﻳﻨﺸﻲ ﺑـﻪ ﺻـﻔﺮ و ﺳﺮﻋﺖ آن ﺑﻪ ﺳﻤﺖ ﺑﻴﻨﻬﺎﻳﺖ ﻣﻴﻞ ﻛﻨﺪ وﻟﻲ ﺑﺎ درﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺘﻦ اﺛﺮات ﻟﺰﺟﺖ و اﻳﻨﺮﺳﻲ ﻛﻪ در اﻳﻦ ﻣﺪل ﻟﺤﺎظ ﻧﺸﺪه ﺑﻮد
ﺿﺨﺎﻣﺖ ﻻﻳﻪ ﮔﺰﻳﻨﺸﻲ ﭘﺲ از ﮔﺬﺷﺖ زﻣﺎن ﻛﺎﻓﻲ ﺑﻪ q ) δ  c q N دﺑﻲ واﺣﺪ ﻋﺮض ﻛﺎﻧﺎل، c ﺿﺮﻳﺐ ﺛﺎﺑﺖ و در

(dρ

ﺣﺪود ۲، N ﻓﺮﻛﺎﻧﺲ ﻃﺒﻴﻌﻲ ﺳﻴﺎل ﻛﻪ ﺑﺮاﺑﺮ ﻣﺎﻧﺪ.

در ﺻﻮرﺗﻲ ﻛﻪ دﺑﻲ ﻛﺸﻴﺪه ﺷﺪه از ﻣﺨﺰن ﺑﻪ اﻧﺪازه اي ﺑﺎﺷﺪ ﻛـﻪ ﺳـﺮﻋﺖ ﻣﺘﻮﺳـﻂ آب در ﻣﺨـﺰن ﺑـﻪ ﺑـﻴﺶ از ﺳـﺮﻋﺖ اوﻟﻴﻦ ﻣﻮج ﺑﺮﺳﺪ، اﻣﻮاج ﺑﺮﺷﻲ ﻗـﺎدر ﺑـﻪ ﺑـﺎﻻرﻓﺘﻦ ﻧﻴﺴـﺘﻨﺪ و ﺗﺨﻠﻴـﻪ ﮔﺰﻳﻨﺸـﻲ ﺗﺸـﻜﻴﻞ ﻧﻤـﻲ ﮔـﺮدد. ﺑﺮاﺳـﺎس ﻣﻄﺎﻟﻌـﺎت Kao&Pao اﮔﺮ ﻋﺪد ﺑﻲ ﺑﻌﺪ ﻓﺮود ﻛﻪ ﺑﺼﻮرت F  q Nd 2 ،ﺗﻌﺮﻳﻒ ﻣﻲ ﺷﻮد ﺑﻪ ﻣﻘﺪار ۱/π ﺑﺮﺳﺪ آب از ﺗﻤﺎم ﻻﻳﻪ ﻫﺎ ﺧﺎرج ﻣﻲ ﮔﺮدد و ﺗﺨﻠﻴﻪ ﮔﺰﻳﻨﺸﻲ ﺗﺸﻜﻴﻞ ﻧﻤﻲ ﮔﺮدد.

۲

ﺷﻜﻞ :(۱) ﺷﻜﻞ ﺷﻤﺎﺗﻴﻚ ﻳﻚ آزﻣﺎﻳﺶ PIV

-۲ ﻛﺎرﺑﺮد ﺳﻴﺴﺘﻢ PIV

اﺟﺰاي اﺻﻠﻲ ﺗﺸﻜﻴﻞ دﻫﻨﺪه ﻫﺮ آزﻣﺎﻳﺶ PIV ﺷﺎﻣﻞ: -۱ذرات ﺷﻨﺎور ﺑﺎ اﻧﺪازه ﻣﻨﺎﺳﺐ ﺑـﺮاي ﻏﻮﻃـﻪ ور ﺳـﺎزي در ﺳﻴﺎل -۲ﻣﻨﺒﻊ ﻧﻮر ﺻﻔﺤﻪ اي -۳دورﺑﻴﻦ ﺛﺒﺖ ﻛﻨﻨﺪه ﺗﺼﺎوﻳﺮ و -۴ﻧﺮم اﻓـﺰار و ﺳـﺨﺖ اﻓـﺰار ﻣﻨﺎﺳـﺐ ﺟﻬـﺖ اﻧﺠـﺎم آﻧﺎﻟﻴﺰ ﺑﺮ داده ﻫﺎ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ.

-۱-۲ذرات

ذراﺗﻲ ﻛﻪ ﺟﻬﺖ آزﻣﺎﻳﺶ PIV اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ ﺑﺎﻳﺪ داراي ﺧﺎﺻﻴﺖ اﻧﻌﻜﺎس ﻧﻮر ﻛﺎﻓﻲ و ﭼﮕﺎﻟﻲ ﻧﺰدﻳﻚ ﺑﻪ ﭼﮕﺎﻟﻲ ﺳﻴﺎل ﺑﺎﺷﻨﺪ. ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ اﻳﻦ ذرات ﺑﺎﻳﺪ داراي اﻧﺪازه ﻣﻨﺎﺳﺒﻲ ﺑﺎﺷﻨﺪ زﻳﺮا در ﺻﻮرﺗﻲ ﻛﻪ ﺧﻴﻠﻲ ﻛﻮﭼﻚ ﺑﺎﺷﻨﺪ در ﺗﺼﻮﻳﺮ دﻳﺪه ﻧﻤﻲ ﺷﻮﻧﺪ و در ﺻﻮرﺗﻲ ﻛﻪ ﺧﻴﻠﻲ ﺑﺰرگ ﺑﺎﺷﻨﺪ در ﺳﻴﺎل ﺑﺼﻮرت ﺷﻨﺎور ﺑﺎﻗﻲ ﻧﻤﻲ ﻣﺎﻧﻨﺪ. ذرات اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪه در PIV در ﻣﺎﻳﻌﺎت ﻣﻲ ﺗﻮاﻧﻨﺪ ﺑﺴﺘﻪ ﺑﻪ ﻛﺎرﺑﺮد ﺷﺎﻣﻞ ذرات آﻟﻮﻣﻴﻨﻴﻮﻣﻲ، ﮔﻠﻮﻟﻪ ﻫﺎي ﺷﻴﺸﻪ اي، ﮔﺮاﻧﻮل و ذرات روﻏﻦ و ﺣﺘﻲ ﺣﺒﺎﺑﻬﺎي اﻛﺴﻴﮋن ﺑﺎﺷﻨﺪ.