Summary

Experimentelle Untersuchung der Strömung Struktur über eine Delta-Flügel über Flow Visualisierungsmethoden

Published: April 23, 2018
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Summary

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll zur instationären bejubelten fließt über eine Delta-Flügel mit einer modifizierten Rauch Fluss Visualisierungstechnik beobachten und untersuchen den Mechanismus für die Schwingungen der führende Wirbel Aufschlüsselung Standorte verantwortlich.

Abstract

Es ist bekannt, dass das Strömungsfeld über eine Delta-Flügel von ein paar Zähler rotierenden Vorderkante Wirbel (LEV) dominiert wird. Ihr Mechanismus ist jedoch nicht gut verstanden. Der Fluss Visualisierungstechnik ist eine vielversprechende berührungslose Methode um das komplexe Strömungsfeld räumlich und zeitlich zu veranschaulichen. Eine grundlegende Fluss Visualisierung Setup besteht aus einem High-Power-Laser und optische Linsen, Laser-Blatt, eine Kamera, ein Tracer-Partikel-Generator und Datenverarbeiter zu generieren. Der Windkanal-Einrichtung, die Spezifikationen der beteiligten Geräte und die entsprechenden Parameter-Einstellungen sind abhängig von der Strömung Funktionen abgerufen werden.

Normal Rauch Draht Visualisierung verwendet einen Rauch Draht fließen streichlinien nachweisen. Allerdings ist die Leistung dieser Methode durch schlechte räumliche Auflösung begrenzt, wenn sie in einem komplexen Feld durchgeführt wird. Daher wurde eine verbesserte Rauch Fluss Visualisierungstechnik entwickelt. Diese Technik zeigt die groß angelegte globale LEV Strömungsfeld und der Schichtaufbau fließen kleine Schere zum gleichen Zeitpunkt bietet ein wertvolles Nachschlagewerk für später detaillierte Particle Image Velocimetry (PIV) Messung.

In diesem Papier zeigt die Anwendung der verbesserten Rauch Visualisierung und PIV-Messung, die Phänomene der instationären Strömung über eine Delta-Flügel zu studieren. Die Verfahren und Hinweise zur Durchführung des Experiments aufgeführt sind, einschließlich der Windkanal Setup, Datenerfassung und Datenverarbeitung. Die repräsentativen Ergebnisse zeigen, dass diese beiden Fluss Visualisierungsmethoden effektive Techniken für die Untersuchung der dreidimensionales Strömungsfeld, qualitativ und quantitativ.

Introduction

Bereich Durchflussmessung über Visualisierungstechniken ist eine grundlegende Methodik in der Fluidtechnik. Unter den verschiedenen Visualisierungstechniken sind Rauch Draht Visualisierung im Windkanal Experimente und Farbstoff Visualisierung im Tunnel Wasserexperimente die am weitesten verbreitete Fluss Strukturen qualitativ zu veranschaulichen. PIV und Laser Doppler Messung (LDA) sind zwei typische quantitative Techniken1.

In Rauch Draht Visualisierung Rauch streichlinien erzeugt aus Öltröpfchen auf ein Heizdraht oder während der Experimente aus dem äußeren Rauch Generator/Behälter injiziert. Hochleistungs-Licht oder Laser-Blätter werden verwendet, um den Rauch streichlinien beleuchten. Bilder werden dann für die weitere Analyse aufgezeichnet. Dies ist eine einfache, aber sehr nützliche Fluss Visualisierung Methode2. Die Wirksamkeit dieser Methode kann jedoch durch verschiedene Faktoren, wie die kurze Dauer der Rauch Drähte, die komplexe dreidimensionale Strömungsfeld, die relativ hohe Geschwindigkeit der Strömung und die Effizienz der Rauchentwicklung3beschränkt werden.

In PIV-Messungen ein Querschnitt durch ein Strömungsfeld mit mitgeführten Partikel wird durch eine Laser-Blatt beleuchtet und sofortige Positionen der Teilchen in dieser Querschnitt sind von einer Highspeed-Kamera eingefangen. In einer extrem kleinen Zeitintervall wird ein paar Bilder aufgezeichnet. Durch die Bilder in ein Raster von Verhör Bereiche aufzuteilen und die durchschnittliche Bewegung von Teilchen in Verhör Bereichen durch Kreuzkorrelation Funktionen berechnen, erhalten Sie die momentane Geschwindigkeit Vektorkarte in dieser beobachteten Querschnitt. Es ist jedoch auch bekannt, dass Kompromisse für Faktoren wie die Größe des Fensters Beobachtung, die Auflösung der Geschwindigkeit Karte, der geschwindigkeitsbetrag in der Ebene, der zeitliche Abstand zwischen den beiden Bildern, die orthogonal Geschwindigkeit erreicht werden muss Größe, und die Partikel Dichte4. Daher können viele explorative Experimente mussten die experimentelle Einstellungen zu optimieren. Es wäre teuer und zeitaufwändig zu untersuchen, eine unbekannte und komplexe Strömungsfeld mit PIV Messung allein5,6. In Anbetracht der oben genannten Bedenken eine Strategie verbinden Rauch Visualisierung und PIV Messung vorgeschlagen und hier demonstriert, um die komplexe Warenströme über eine schlanke Deltaflügel zu studieren.

Zahlreiche Studien von LEV strömt über Deltaflügel wurden durchgeführte7,8, mit Fluss-Visualisierungs-Techniken als die primären Tools verwendet. Viele interessante Strömungsphänomenen eingehalten worden: Spirale Typ und Blase Typ Vortex Pannen9,10, einer instationären Scherung Schicht Unterkonstruktion11,12, Schwingungen der LEV Aufschlüsselung Standorte13 , und Effekte von Pitch und Yaw Winkel14,15,16 auf die Fluss-Strukturen. Die zugrunde liegenden Mechanismen etwas unsicher Phänomene in der Deltaflügel fließt jedoch unklar7. In dieser Arbeit wird der Rauch Visualisierung verbessert mit der gleichen Ausgangswerten Partikeln in PIV Messung statt Rauch Draht verwendet. Diese Verbesserung stark vereinfacht die Bedienung der Visualisierung und erhöht die Qualität der Bilder. Basierend auf den Ergebnissen aus der verbesserten Rauch Fluss-Visualisierung, PIV Messung konzentriert sich auf die Strömungsfelder von Interesse, die quantitative Informationen zu erwerben.

Hier ist eine detaillierte Beschreibung zu um erklären, wie eine Fluss-Visualisierung-Experiment in einem Windkanal durchzuführen und zu untersuchen, schwankenden Strömungsphänomenen über eine Delta-Flügel. Zwei Visualisierungsmethoden, verbesserte Rauch Visualisierung und PIV-Messung, werden gemeinsam in diesem Experiment verwendet. Das Verfahren beinhaltet Anleitungen für Setup und Parameter Geräteeinstellung. Typische Ergebnisse werden gezeigt, um den Vorteil der Kombination dieser beiden Methoden für die Messung der komplexen Strömungsfeld, räumlich und zeitlich zu zeigen.

Protocol

(1) Windkanal-Setup Deltaflügel-Modell Bauen Sie ein Delta-Flügel Modell aus Aluminium, mit einem Sweep Winkel φ von 75°, ein Akkord Länge c 280 mm, eine Wurzel Span b 150 mm und einer Dicke von 5 mm. Haben beide Kanten abgeschrägt bei 35°, die Trennung Punkt17 zu beheben (siehe Abbildung 1a). Windkanal-Anlage Durchführen Sie Experimente in einem ge…

Representative Results

Abb. 2d zeigt die Zeitverläufe der LEV Aufschlüsselung lagen. Die schwarze Kurve zeigt die Backbordseite LEV und die rote Kurve zeigt die Steuerbord LEV. Die Zeitskala ist nondimensionalized durch die kostenlosen Online Stream Geschwindigkeit und Akkord-Länge. Der Korrelationskoeffizient zwischen diesen beiden Zeitverläufe ist R = −0.53, zeigt eine starke Anti-symmetrische Interaktion der LEV Aufschlüsselung Lage Schwingungen. Dieses Ergebnis …

Discussion

Dieser Artikel stellt zwei Fluss Visualisierungsmethoden, verbesserte Rauch Visualisierung und PIV-Messung, Strömung Struktur über die Deltaflügel qualitativ und quantitativ zu untersuchen. Die allgemeine Verfahren des Experiments werden Schritt für Schritt beschrieben. Die Setups dieser beiden Methoden sind fast die gleichen, obwohl die beteiligten Geräte unterscheiden. Das Grundprinzip dieser zwei Fluss-Visualisierung-Methoden ist, die Partikel in den Fluss über die Laser-Blatt zu beleuchten. Die verbesserte Rauc…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Autoren möchte Hong Kong Research Grants Council (No. GRF526913), Hong Kong Innovation and Technology Kommission (No. ITS/334/15FP), und die uns Büro von Naval Research Global (No. N00014-16-1-2161) für die finanzielle Unterstützung.

Materials

532 nm Nd:YAG laser Quantel Laser Evergreen 600mJ
High speed camera Dantec Dynamic HiSense 4M
camera lens Tamron SP AF180mm F/3.5 Di
PIV recording and processing software Dantec Dynamic DynamicStudio
cylindrical lens Newport Φ=12 mm
convex lens Newport f=700 mm
neutral density filter Newport
Calibration target custom made
aerosol generator TSI TSI 9307-6
PULSE GENERATOR Berkeley Nucleonics Corp BNC 575
continuous laser APGL-FN-532-1W
Digital camera Nikon Nikon D5200
Image processing Matlab custom code
wind tunnel support custom made
laser level BOSCH GLL3-15X
angle meter BOSCH GAM220

Riferimenti

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Citazione di questo articolo
Shen, L., Chen, Z., Wen, C. Experimental Investigation of the Flow Structure over a Delta Wing Via Flow Visualization Methods. J. Vis. Exp. (134), e57244, doi:10.3791/57244 (2018).

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