De meting van Unsteady Surface Pressure Met behulp van een Remote Microphone Probe

Vloeistofstroom over oppervlakken leidt over het algemeen tot wankel en turbulentie die resulteren in wankele oppervlak druk (USP). Stromingsgeïnduceerde geluid en trillingen zijn vaak een direct gevolg van dit wankel. De uitgestraalde geluid gegenereerd door ventilatoren, propellers, en windturbines worden gedomineerd door bronnen die verband houden met USP ^1. Metingen van de ruimtelijke en temporele kenmerken van USP in turbulente stromingen zijn meestal nodig om de stralingsgeluid voorspellen.

De statistische karakterisering van USP vindt doorgaans plaats in de vorm van auto-spectrale dichtheid tweepunts cross-spectrale dichtheden en ruimtelijke correlatie functies ^{2, 3.} De frequentierespons gewenst kunnen variëren afhankelijk van de toepassing. In veel windtunnel toepassingen, een respons van 10 kHz tot 20 kHz is voldoende. De kleine schaal van turbulente beweging vereisen vaak sensing gebieden en de sensor spacing om minder dan 1 mm.

Extensive experimentele studies zijn uitgevoerd om turbulentie-geïnduceerde drukschommelingen te verkrijgen. Een directe methode maakt gebruik van inbouw ingebedde sensoren. Deze methode maakt gebruik van vaak grote arrays van microfoons, omdat elke sensor alleen de druk fluctuatie op een discrete punt kan meten. Typische sensoren gebruikt in deze werkwijze zijn piëzo-elektrische transducers, door Gautschi ⁴ voorgesteld. Arrays van piëzoelektrische sensoren duur en de frequentie meetbereik vaak minder dan 10 kHz.

Direct opbouw microfoons worden vaak gebruikt als goedkope USP sensoren ^5. Microfoons hebben hoge gevoeligheid, hetgeen een aanzienlijk voordeel voor langzame stromen. Dit leidt echter ook het risico van verzadiging sensor wanneer grote amplitude drukschommelingen aanwezig zijn. Deze methode is niet geschikt voor oppervlakken met grote krommingen discontinuïteiten of geometrieën die te dun om de gehele sensor bevatten.

<p class= "jove_content"> Een indirecte methode voor het verkrijgen van zowel spectrale en ruimtelijke informatie is te dun membraan inbouw gebruiken om een oppervlak ^6. Het tijd- en ruimte-afhankelijke trillingen bewegingen worden gemeten en vervolgens omgezet in druk statistieken met bekende mechanische eigenschappen van het membraanoppervlak. Deze methode vereist een zorgvuldige ontwerp, de implementatie en nauwkeurige kalibratie van dynamische reactie van het membraan. Bovendien, de trilling meetapparatuur, zoals laser Doppler vibrometers, zijn duur. Tenslotte kan deze methode alleen toegepast worden op vlakke oppervlakken.

Drukgevoelige verf (PSP) is een andere techniek die kan worden gebruikt om de wankele oppervlaktedruk gemeten. Deze techniek vereist de oppervlakken te bekleden transparante polymeer bindmiddel, waarin de moleculen binnen veroorzaakt geëxciteerd naar een hogere energietoestand te zijn als ze worden verlicht door licht van een specifieke golflengte. Als de moleculen zuurstof blussen ondergaan, energie is reverhuurd als licht met een snelheid evenredig met de partiële zuurstofdruk, waardoor luminescentie die omgekeerd evenredig is met de oppervlaktedruk ^7. Het grootste nadeel van PSP methoden is de relatief lage gevoeligheid van de meting ten opzichte van microfoons. Dit beperkt de toepassing van PSP relatief hoge snelheid stroomt.

Deze mededeling beschrijft een methode voor USP dat een externe microfoon sonde (RMP) gebruikt. Deze werkwijze werd eerst beschreven door Englund en Richards ^8. Het concept maakt gebruik van een standaard miniatuur microfoon die is aangesloten op de oppervlaktedruk kraan met een holle buis. De onstabiele druk aan het modeloppervlak reizen in de slang in de vorm van geluidsgolven. De buis werkt als een "golfgeleider" naar de microfoon, die loodrecht op de buis wordt gemonteerd zodat, om de geluidsgolven meten. De golven dan verder naar een andere buis die lang genoeg is om grote amplitude akoestische r eliminereneflections.

Englund en Richards toegepast een analytische benadering door Bergh en Tijdeman ⁹ geschetst om de dynamische respons van de RMP te bepalen. Perrenes en Roger ¹⁰ gebruikt een RMP aan de oppervlakte druk over een twee-dimensionale aërodynamische met high-lift apparaten meten. Ze ontwikkelde een probe met een 0,5 mm diameter capillair aan het oppervlak die was verbonden met een 27 cm lange stijve buis die uitgebreid van 0,7 mm tot 2,5 mm via twee afzonderlijke stap veranderingen. Elke verhoging veroorzaakt een relatief grote verandering in de akoestische impedantie van de buis. Leclercq en Bohineust ¹¹ bestudeerde het veld muur druk onder een turbulente grenslaag. Ze gebruikten een constante diameter RMP, zoals voorgesteld door Franzoni en Elliott ^12. De dynamische respons was hoog genoeg slechts in een beperkt frequentiegebied. Arguillat et al. ¹³ ontwierpen een RMP om het geluid overgedragen naar het inwendige van een voertuigruimte bestuderen. ze testtenverschillende pijpen naar de drukschommeling voeren om de microfoons. Yang et al. ¹⁴ gecorrigeerd voor de buis vervorming door een slang overdrachtsfunctie benadering die vergelijkbaar is met de werkwijze die in dit rapport. Hoarau et al. ¹⁵ onderzochten de muur druk spoor stroomafwaarts van een afgescheiden regio. De RMPs dat ze ontworpen hadden constant binnen diameters en de slang was volledig niet-rigide.

Volgens eerdere studies, de nauwkeurigheid van oppervlakte drukmetingen verkregen met RMPs is voornamelijk afhankelijk van de bepaling van de frequentieafhankelijke overdrachtsfunctie van de sonde dat de oppervlaktedruk op de microfoon betrekking druk. De volgende secties zullen een RMP geometrie die zowel eenvoudig en effectief te beschrijven. Experimentele en analytische methoden worden geïntroduceerd en gevalideerd om de dynamische respons van de RMP nauwkeurig bepalen. De analytische model zorgt voor een RMP te zijn optimized in de ontwerpfase voor een potentieel breed scala van toepassingen.

RMPs kan worden gebruikt om drukschommelingen te meten over een breed frequentiegebied. De relatief hoge ruimtelijke resolutie kunnen gedetailleerde informatie over de kenmerken van de ruimtelijk-verdeelde onvast druk gebied ¹⁶ aan te bieden. Aangezien de sonde klein is, kan RMP worden gebruikt om drukfluctuaties in complexe geometrieën, zoals grote krommingen of beperkte afstand ¹⁷ te meten. Bovendien kan de buis die het oppervlak tap en de microfoon sensor de grootte van de opgewekte druk fluctuatie bij de microfoon verminderen. Zo goed ontwerp of RMP sensorgeometrie en parameters levert een werkwijze voor het verkrijgen USP kenmerken die beduidend minder restrictieve vergelijking met inbouw de microfoon direct naar modeloppervlak.

Structuur van de RMPThe algemene structuur van de RMP wordt weergegeven in figuur 1 </strong>. De RMP bestaat uit een buis die vanaf het modeloppervlak een uitbreiding sectie en een tweede buis zich uitstrekt vanaf de expansiesectie een "cradle." Een derde buis wordt dan verbonden om als dode einde. De wieg is een bewerkte plastic onderdeel dat wordt gebruikt voor de huisvesting van de microfoon en de slangaansluitingen. De data van de RMP structuur kan worden aangepast aan verschillende experimentele omstandigheden. Het doel van de tweede grotere diameter buis om de relatief volumineuze microfoon en houder verder vanaf het punt van de USP meting worden gebracht zonder de meetgevoeligheid aanzienlijk verminderen. Deze tweede buis kan worden opgeheven indien het niet nodig is, en de expansiesectie kan worden gebouwd in de houder. Het dode einde is gemaakt van zachte kunststof die lengte ongeveer 2-3 m.

Voor deze demonstratie, het ontwerp van de RMP werd geoptimaliseerd voor het meten van oppervlakte drukschommelingen onder turbulent grenslaag zonder streamwise drukgradiënt, zoals getoond in figuur 2. De tweede buis werd geëlimineerd. Het effect van de twee verschillende lengten van de eerste buis werden waargenomen. De eerste buis is geconstrueerd uit roestvrij staal met een binnendiameter van 0,5 mm en een buitendiameter van 0,81 mm. De lengten van de eerste buis werden 5,35 en 10,40 cm, respectievelijk. De binnendiameter van de inlaat van het expansiegedeelte, die werd opgenomen in de houder, was 0,5 mm en de binnendiameter van de uitgang was 1,25 mm, dat identiek is aan de binnendiameter van de dissipatie beëindiging was. De hoek van de expansiesectie was 7 °. Er was een gat in de houder met een diameter van 1,25 mm teneinde een correcte aansluiting van de expansiesectie de dode beëindiging. Het detectiebereik is verbonden met de 1,25 mm gat door een loodrechte 0,75 mm gat.