Bestemmelse af opblandingsgrad ved energibetragtning

Formålet med lockexchange forsøgene er at vurdere opblandingen af væsker med forskellig densitet. Efter hvert forsøg er der derfor opmålt et salinitetsprofil ca. midt i forsøgsopstillingen, figur III.4.1. For hvert salinitetsprofil er tyngdepunktets beliggenhed bestemt ved en momentberegning, og på samme måde er tyngdepunktets placering ved henholdsvis "fuld opblanding" og "ingen opblanding" beregnet. Ved fuld opblanding er tyngdepunktet placeret præcis midt i vandsøjlen. Ved ingen opblanding er tyngdepunktet placeret på det lavest mulige niveau, idet saltvandet ligger nederst og ferskvandet ligger øverst. I praksis vil der altid ske en vis opblanding, men der vil også være et energitab pga. forskydningsspændinger i vandet og friktionen med væggene.

Som udgangspunkt er de to halvdele af forsøgsopstillingen adskilt af en plade, figur III.4.2. Når pladen fjernes bevæger det tunge vand sig ind under det lette vand og dette skaber en roterende bevægelse, som gør at de to forskellige væsker bytter plads. Denne bølgebevægelse vil køre frem og tilbage et antal gange og aftage i takt med at de to væsker blandes. Efter ca. 10 min. er der ikke synlige bevægelser tilbage i opstillingen og efter ca. 15 min er der opmålt et salinitetsprofil. Det formodes dermed, at der ikke ville ske yderligere opblanding ved at vente længere tid.

Hvis der ikke gik nogen energi tabt til varme ville opblandingen ende med at være 100 %, idet tyngdepunktet ved forsøgets start er identisk med tyngdepunktet ved fuld oplanding. Men i praksis er det, som nævnt, kun en lille del af energien der går til opblanding, resten går tabt ved friktionstab/varmeudvikling.

Resultater

Der blev udført to forsøgsrækker. På figur III.4.3 ses de målte salinitetsprofilerne for alle syv forsøg. Forsøg 1 skiller sig ud, fordi der kun er tilsat 2 kg salt i modsætning til de øvrige forsøg, hvor der er tilsat 3 kg. Det ses på figuren at kurverne for forsøg 2-5 ligger tæt på hinanden.

I forsøg 6-7 er salinitetsprofilerne lidt anderledes, hvilket skyldes at forsøget ikke skaber det samme strømningsforløb som forsøgsrække 1.

Figur III.4.4 viser tyngdepunkternes placering efter hvert af de syv forsøg. Det skal her bemærkes, at skalaen på y-aksen er zoomet meget ind, så der er tale om meget få mm forskelle. Variationerne fra forsøg til forsøg skyldes primært, at der har været små afvigelser i vandmængden i forsøgsopstillingerne, eller i aflæsningen af vandstanden. Dette har ikke nogen væsentlig indflydelse på beregningen af opblandingsgraden. Tabel III.4.1 viser opblandingsgraden beregnet ud fra tyngdepunktets placering i forhold til de øvre og nedre grænser.
Forsøg 1-2 skiller sig ud, ved at være foretaget med henholdsvis lavere salinitet og højere temperatur end de øvrige. Dette er muligvis medvirkende til, at disse to forsøg også giver en anderledes opblanding end forsøg 3-5. De første to forsøg blev ligeledes brugt til at udarbejde en procedure til at sætte forsøgene igang og foretage målingerne. Derfor skønnes resultaterne fra forsøg 3-5 at være mest pålidelige for forsøgsrække 1, mens forsøg 6-7 har givet pålidelige resultater for forsøgsrække 2.

Samlet set er opblandingen ca 5 % større når strømningen går gennem den 10 cm brede spalte end når hele midterpladen fjernes. Denne forskel skyldes formentlig den øgede turbulens i midten af opstillingen i forsøgsrække 2, hvor størstedelen af opblandingen sker. I forsøgsrække 1 går en stor del af energien tabt, ved friktion langs med kanten, hvor små hvirvler dannes, hvilket ikke bidrager meget til opblandingen. I forsøgsrække 2 dannes generelt større hvirvler. Dette kan bla. observeres ved at se opstillingen ovenfra, hvor der er en stor hvirvel i det vandrette plan. De store hvirvler bidrager mere til opblandingen end de små.

[ Til toppen ]
[ Forrige | Næste ]