Vortex formation in stirred draining vessels

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Abstract

When water was rotated by means of a “horse-shoe” stirrer in a vertical, cylindrical tank and a stream was withdrawn from the bottom through a central exit pipe, a pronounced filament-like vortex was formed under certain conditions. Experiments were performed to determine the factors which influenced the height of the vortex. The effects of vessel sue, stirrer geometry, rotational speed, exit flow rate and exit pipe diameter on vortex depth were studied. It was found that the vortex depth was highly dependent on the rotational speed, exit flow rate and exit pipe diameter. It was also found that under certain flow conditions the vortex penetrated the exit pipe. A relationship between the vortex depth and the pertinent variables was developed using dimensional analysis. The relationship resulting from a regression analysis of the dimensionless groups affecting the vortex depth was found to be:

equation image

Motion picutes were taken showing the flow characteristics in the vicinity of the vortex by using a dye tracer technique. Ways of inhibiting vortex formation were also examined.

Abstract

Lorsqu'on souniet de l'eau à la rotation dans un réservoir cylindrique et vertical, au moyen d'un agitateur en forme de fer à cheval, et qu'on assure un écoulement au fond du réservoir par un tuyau central de sortie, il se forme dans certaines conditions un fort tourbillon en forme de filament. On a fait des expériences pour déterminer les facteurs qui influencaient la hauteur du tourbillon; on a particulièrement étudié les effets sur la profondeur du tourbillon des facteurs suivants: dimensions du réservoir, gémétrie de l'agitateur, vitesse de rotation, débit à la sortie et diamètre du tuyau d'échappement. On a trouvé que la profondeur du tourbillan dépendait fortement de la vitase de rotation, dn débit àla sortie et du diamlètre c h tuyau d'échappement, on a aussi constaté que, dans certaines conditions d'écoulement, le tourbillon pénéait dans le tuyau de sortie. En employant I'andyse dimensionnelle, on a établi une relation entre la profondeur du tourbillon et les variables pertinentes. On a trouve que la relation déduite de l'analyse par réggression des groupes sans dimensions qui influent sur la profondenr du tourbillon était la suivante:

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On a pris des fims photographiques qui montrent les caractéristiques de l'écoulement au voisinage du vortex, en employant un colorant-traceur. On a aussi étudié les moyens d'empêcher la formation du tourbillon.

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