La misurazione della pressione instabile superficie utilizzando una sonda microfono remoto

Il flusso del fluido su superfici in genere porta a instabilità e turbolenza che si traducono in pressione superficiale instabile (USP). suono indotto dal flusso e le vibrazioni sono spesso il risultato diretto di questa instabilità. Il suono irradiato generato da ventole di raffreddamento, eliche, turbine eoliche e sono dominati da fonti legate alla USP ^1. Le misurazioni delle caratteristiche spaziali e temporali di USP nei flussi turbolenti sono generalmente richiesti al fine di prevedere il suono irradiato.

La caratterizzazione statistica di USP viene indicata generalmente in forma di densità automatica-spettrale, due punti densità cross-spettrali, e funzioni di correlazione spaziale ^{2, 3.} La risposta in frequenza richiesto può variare a seconda dell'applicazione. In molte applicazioni in galleria del vento, una risposta di 10 kHz a 20 kHz è sufficiente. Le piccole scale di moto turbolento spesso richiedono aree di rilevamento ed il sensore spaziatura essere inferiore a 1 mm.

Extestudi sperimentali nsive sono stati condotti per ottenere fluttuazioni di pressione turbolenza indotta. Un metodo diretto utilizza sensori incorporati incasso. Questo metodo utilizza spesso grandi array di microfoni, perché ogni sensore può misurare solo la fluttuazione della pressione in un punto discreto. Sensori tipici utilizzati in questo metodo sono trasduttori piezoelettrici, suggerite da Gautschi ^4. Array di sensori piezoelettrici possono essere costosi, e la gamma di frequenza di misura è spesso inferiore a 10 kHz.

Microfoni diretti a plafone sono spesso utilizzati come sensori economico USP ^5. Microfoni hanno alta sensibilità, che è un vantaggio sostanziale per i flussi a bassa velocità. Tuttavia, ciò comporta anche il rischio di saturazione del sensore quando grandi fluttuazioni di ampiezza della pressione sono presenti. Questo metodo non è adatto per superfici di grandi curvature, discontinuità, o geometrie che sono troppo sottili per contenere l'intero sensore.

<p class= "jove_content"> Un metodo indiretto per ottenere informazioni sia spettrale e spaziale è di utilizzare sottili membrane da incasso per una superficie di ^6. I movimenti vibrazioni accelerano e spazio-dipendenti sono misurati e poi convertiti in superficie statistiche pressione utilizzando note proprietà meccaniche della membrana. Questo metodo richiede un'attenta progettazione, l'implementazione e la calibrazione accurata della risposta dinamica della membrana. Inoltre, l'apparecchiatura di misura vibrazioni, come vibrometri Doppler laser, sono costosi. Infine, questo metodo può essere applicato solo su superfici piane.

Sensibile alla pressione della vernice (PSP) è un'altra tecnica che può essere utilizzato per misurare la pressione superficiale instabile. Questa tecnica richiede che le superfici da verniciare in un legante polimerico trasparente, che provoca le molecole all'interno di essere eccitato ad uno stato energetico superiore come vengono illuminate con luce di una specifica lunghezza d'onda. Come le molecole subiscono tempra di ossigeno, l'energia è relocazione come luce ad una velocità proporzionale alla pressione parziale di ossigeno, con conseguente luminescenza che è inversamente proporzionale alla pressione superficiale ^7. Il principale svantaggio di metodi PSP è relativamente bassa sensibilità della misura rispetto ai microfoni. Questo limita l'applicazione di PSP relativamente flussi ad alta velocità.

La presente comunicazione descrive un metodo per USP che utilizza una sonda microfono a distanza (RMP). Questo metodo è stato descritto da Englund e Richards ^8. Il concetto utilizza un microfono miniatura standard che è collegato alla presa di pressione superficie con un tubo cavo. La pressione instabile alla superficie del modello viaggerà nel tubo sotto forma di onde sonore. Gli atti tubi come "guida d'onda" per consentire il microfono, che è montato perpendicolarmente al tubo, per misurare le onde sonore. Le onde poi continuano in un altro tubo che è insufficiente per eliminare r acustica grande ampiezzaeflections.

Englund e Richards applicato un approccio analitico delineato da Bergh e Tijdeman ⁹ per determinare la risposta dinamica del RMP. Perrenes e Roger ¹⁰ utilizzati un RMP per misurare la pressione superficiale su un profilo aerodinamico bidimensionale dispositivi high-lift. Hanno sviluppato una sonda con un tubo capillare 0,5 mm di diametro in corrispondenza della superficie che è stato collegato ad un 27-cm lungo tubo rigido che si è espansa da 0,7 mm a 2,5 mm tramite due variazioni a gradino separati. Ogni gradino causato un cambiamento relativamente grande di impedenza acustica del tubo. Leclercq e Bohineust ¹¹ hanno studiato il campo di pressione parete sotto uno strato limite turbolento. Hanno usato un RMP diametro costante, come suggerito da Franzoni e Elliott ^12. Tuttavia, la risposta dinamica era abbastanza alto solo in una gamma di frequenza limitata. Arguillat et al. ¹³ progettato un RMP per studiare il rumore trasmesso all'interno di un vano del veicolo. Hanno testatovari tubi di condurre la fluttuazione di pressione ai microfoni. Yang et al. ¹⁴ corretta per la distorsione tubo utilizzando un approccio di funzione di trasferimento tubazione che è simile al metodo presentato in questa relazione. Hoarau et al. ¹⁵ hanno studiato la parete traccia pressione a valle di una regione separata. Le RMP che hanno progettato avevano diametri interni costanti, e il tubo è stato interamente non rigido.

Secondo studi precedenti, l'accuratezza delle misurazioni della pressione di superficie ottenuti utilizzando RMP dipende principalmente sulla determinazione della funzione di trasferimento dipendente dalla frequenza della sonda che riguarda la pressione superficiale alla pressione microfono. Le sezioni seguenti descrivono una geometria RMP che è allo stesso tempo semplice ed efficace. Metodi sperimentali ed analitici saranno introdotti e validati per determinare con precisione la risposta dinamica del RMP. Il modello analitico consente un RMP per essere optimized in fase di progettazione per un potenzialmente un'ampia gamma di applicazioni.

RMP può essere utilizzato per misurare variazioni di pressione in un ampio intervallo di frequenze. La risoluzione spaziale relativamente alto grado di offrire informazioni dettagliate sulle caratteristiche del campo di pressione instabile spazialmente distribuiti ^16. Poiché la sonda è piccola, RMP possono essere utilizzati per misurare variazioni di pressione oltre geometrie complesse, quali grandi curvature o spaziatura limitata ^17. Inoltre, il tubo di collegamento rubinetto superficie e il sensore microfono può ridurre l'ampiezza della fluttuazione della pressione indotta al microfono. Così, la corretta progettazione di RMP geometria del sensore e parametri produce un metodo per ottenere caratteristiche di USP che sono significativamente meno restrittivi rispetto ad incasso il microfono direttamente sulla superficie del modello.

Struttura della struttura generale RMPThe del RMP è mostrato in Figura 1 </strong>. Il RMP costituito da un tubo che conduce dalla superficie del modello ad una sezione di espansione ed un secondo tubo che si estende dalla sezione di espansione ad una "culla". Un terzo tubo viene quindi collegato ad agire come una terminazione anecoica. La culla è un componente in plastica lavorata utilizzati per ospitare il microfono e le connessioni dei tubi. I dettagli della struttura RMP può essere regolata per varie condizioni sperimentali. Lo scopo del secondo tubo di maggior diametro è di consentire il microfono relativamente ingombrante e culla da collocare ulteriormente dal punto di misurazione USP senza ridurre significativamente la sensibilità di misura. Questo secondo tubo può essere eliminato se non è necessario, e la sezione di espansione può essere costruita nella culla. La terminazione anecoica è fatto di plastica morbida che è stato di circa 2 a 3 m di lunghezza.

Per questa dimostrazione, il disegno del RMP è stato ottimizzato per la misurazione di variazioni di pressione superficiale sotto un turbulent strato limite senza un gradiente di pressione streamwise, come mostrato in Figura 2. Il secondo tubo è stato eliminato. sono stati osservati Gli effetti dei due differenti lunghezze del primo tubo. Il primo tubo è stato costruito da acciaio inossidabile con un diametro interno di 0,5 mm e un diametro esterno di 0,81 mm. Le lunghezze del primo tubo erano 5,35 e 10,40 cm, rispettivamente. Il diametro interno della bocca della sezione di espansione, che è stato accolto nella base, era di 0,5 mm e il diametro interno della uscita era 1,25 millimetri, che era identico al diametro interno della terminazione dissipazione. L'angolo della sezione di espansione è 7 °. C'era un buco nella culla di diametro 1,25 millimetri per collegare agevolmente sezione di espansione con la terminazione anecoica. La zona di rilevamento è collegato al foro 1,25 millimetri attraverso un foro perpendicolare 0,75 millimetri.