Измерение неустойчивую поверхность давления с помощью выносного микрофона Probe

Течение жидкости над поверхностью, как правило, приводит к неустойчивости и турбулентности, которые приводят к неустановившегося давления на поверхности (USP). Flow-индуцированный звук и вибрация часто являются прямым результатом этого неустойчивостью. Излучаемый звук генерируется вентиляторов охлаждения, пропеллер и ветровых турбин преобладают источники , связанные с USP ^1. Измерения пространственных и временных характеристик USP в турбулентных потоках, как правило, требуется для того, чтобы предсказать, что излучаемый звук.

Статистическая характеристика USP как правило , дается в виде автоматической спектральной плотности, двухточечный кросс-спектральные плотности и пространственные корреляционные функции ^{2, 3.} Частотная характеристика требуется может меняться в зависимости от конкретного применения. Во многих случаях в аэродинамической трубе, ответ 10 кГц до 20 кГц достаточно. Небольшие масштабы турбулентного движения часто требуют зондирования зон и датчик интервал составляет менее 1 мм.

Exteонительных экспериментальные исследования были проведены с целью получения турбулентности, вызванной колебания давления. Прямой метод использует скрытого монтажа встроенных датчиков. Этот метод часто используют большие массивы микрофонов, потому что каждый датчик может измерять только колебание давления в одной дискретной точке. Типичные датчики , используемые в этом методе являются пьезоэлектрические преобразователи, предложенные Gautschi ^4. Массивы пьезоэлектрических датчиков могут быть дорогими, а частотный диапазон измерения часто составляет менее 10 кГц.

Прямые монтируемые на поверхность микрофоны часто используются в качестве датчиков недороги USP ^5. Микрофоны имеют высокую чувствительность, что является существенным преимуществом для потоков низкоскоростных. Тем не менее, это также приводит к риску насыщения датчика, когда большие флуктуации амплитуды давления присутствуют. Этот способ не подходит для поверхностей с большими искривлений, разрывов или геометрии, которые являются слишком тонкими, чтобы содержать весь датчик.

<p class= "jove_content"> Косвенный способ получения как спектрального и пространственной информации заключается в использовании тонких мембран заподлицо с поверхностью ^6. В во времени и пространстве зависимый движения вибрации измеряются и затем преобразуются в поверхностные статистические данные давления с использованием известных механических свойств мембраны. Этот метод требует тщательного проектирования, реализации и точной калибровки динамической реакции мембраны. Кроме того, измерительное оборудование вибрации, таких как лазерные доплеровские виброметров, являются дорогостоящими. И, наконец, этот метод может быть применен только к плоским поверхностям.

Чувствительный к давлению краска (PSP) является еще один метод, который может быть использован для измерения неустановившегося давления у поверхности. Этот метод требует, чтобы поверхности, подлежащей покрытию, в прозрачном полимерном связующем, что приводит к молекулам внутри возбуждаться на более высокий энергетический уровень, как они освещены светом определенной длины волны. Поскольку молекулы подвергаются закалке кислород, энергия повторноарендуемый как свет со скоростью , пропорциональной парциального давления кислорода, что приводит к люминесценции , который обратно пропорционален давлению поверхности ^7. Основной недостаток методов PSP является относительно низкая чувствительность измерения по сравнению с микрофонами. Это ограничивает применение PSP с относительно высокоскоростных течений.

Настоящее сообщение описывает способ USP, который использует удаленный датчик микрофона (РМП). Этот метод впервые был описан Энглунд и Ричардс ^8. Концепция использует стандартный миниатюрный микрофон, который подключен к крану давления поверхности с полой трубкой. Неустойчивый давление на поверхности модели будет путешествовать в трубку в виде звуковых волн. Трубочные действует как "волноводу", чтобы микрофон, который установлен перпендикулярно по отношению к трубке, для измерения звуковых волн. Волны затем продолжают в другую трубу, которая достаточно долго, чтобы исключить большие амплитуды акустического гeflections.

Энглунд и Ричардс применяется аналитический подход , изложенный Берга и Tijdeman ⁹ для определения динамической реакции РМП. Perrenes и Роджер ¹⁰ использовали ПРХ для измерения поверхностного давления над двумерной несущей поверхности с высокой подъемной силы устройств. Они разработали зонд с диаметром капиллярной трубки 0,5 мм на поверхности, которая была соединена с 27-см длиной жесткой трубки, которая возросла с 0,7 мм до 2,5 мм с помощью двух отдельных ступенчатых изменений. Каждое ступенчатое изменение вызвано относительно большое изменение акустического импеданса трубки. Леклерк и Bohineust ¹¹ исследовал поле давления стенки под турбулентным пограничным слоем. Они использовали RMP постоянного диаметра, как это было предложено Франзони и Эллиотом ^12. Тем не менее, динамический ответ был достаточно высоким, только в ограниченном диапазоне частот. Arguillat и др. ¹³ разработали RMP для изучения шума , передаваемый во внутреннюю часть отсека транспортного средства. Они протестировалиразличные трубки для проведения колебания давления к микрофонам. Ян и др. ¹⁴ с поправкой на искажения насосно – компрессорных труб с использованием функционального подхода переноса трубки , который аналогичен методу , введенной в настоящем докладе. Оаро и др. ¹⁵ изучили следы давления стенки ниже по потоку от отрывной области. В ПРХ, что они предназначены были постоянные внутренние диаметры, и трубка была полностью нежесткой.

По данным предыдущих исследований, точность измерений поверхности давления, полученные с использованием ПРХ в основном зависит от определения частотно-зависимой передаточной функции зонда, который имеет отношение давления поверхности к давлению микрофона. В следующих разделах будут описывать RMP геометрию, которая является одновременно простым и эффективным. Экспериментальные и аналитические методы будут введены и проверены для того, чтобы точно определить динамическую реакцию РМП. Аналитическая модель позволяет ПРХ быть оptimized на стадии проектирования для потенциально широкого спектра применений.

ПРХ могут быть использованы для измерения колебаний давления в широком диапазоне частот. Относительно высокое пространственное разрешение может предложить подробную информацию о характеристиках пространственно-распределенной неустойчивом поле ¹⁶ давления. По мере того как зонд мал, ПРХ может быть использован для измерения колебаний давления более сложной геометрии, такие как большие искривлений или в условиях ограниченного расстояния ^17. Кроме того, трубка, соединяющая поверхности крана и датчика микрофона может уменьшить величину индуцированного колебанием давления у микрофона. Таким образом, соответствующие конструкции RMP геометрии и параметров датчика приводит к способу получения USP характеристики, которые значительно меньше ограничений по сравнению с Крепёжную микрофон непосредственно к поверхности модели.

Структура общей структуры RMPThe ПУХ показано на рисунке 1 </stronг>. ПРХ состоит из одной трубы, идущей от поверхности модели в секцию расширения, и второй трубки, проходящей от секции расширения к "люльке". Третья труба затем соединяется выступать в качестве звукопоглощающей прекращения. Колыбель механически обработанный пластиковый компонент, используемый для размещения микрофона и соединительными патрубками. Детали конструкции RMP можно отрегулировать для различных условий эксперимента. Целью второго, большего диаметра трубы, чтобы позволить относительно громоздкими микрофон и люлька для размещения дальше от точки измерения USP без значительного снижения чувствительности измерений. Эта вторая трубка может быть устранена, если он не нужен, и секция расширения может быть построен в колыбели. Безэховой прекращение была сделана из мягкого пластика, который был приблизительно от 2 до 3 м в длину.

Для этой демонстрации, дизайн ПРХ был оптимизирован для измерения колебаний давления поверхности под TURBulent пограничный слой без градиента давления вдоль потока, как показано на рисунке 2. Вторая труба была устранена. Наблюдались эффекты двух различных длин первой трубы. Первая труба была построена из нержавеющей стали с внутренним диаметром 0,5 мм и внешним диаметром 0,81 мм. Длины первой трубы были 5,35 и 10,40 см, соответственно. Внутренний диаметр входа секции расширения, которая была включена в каретку, составляла 0,5 мм, а внутренний диаметр выходного был 1,25 мм, который был идентичен внутреннему диаметру прекращения диссипации. Угол секции расширения составила 7 °. Был отверстие в люльке с диаметром 1,25 мм для того, чтобы плавно соединить секции расширения с безэховой прекращения. Область зондирования была связана с 1,25 мм отверстие через перпендикулярную 0,75 мм отверстие.