Investigación experimental de la estructura de flujo sobre un Ala Delta por medio de métodos de visualización de flujo

Summary

Aquí, presentamos un protocolo para observar corrientes en torbellino inestables sobre un ala de delta usando una técnica de visualización de flujo modificado de humo e investigar el mecanismo responsable de las oscilaciones de las localizaciones de desglose de vórtice de vanguardia.

Abstract

Es bien sabido que el campo de flujo sobre un ala de delta es dominado por un par de vórtices de punta giratoria de contador (LEV). Sin embargo, su mecanismo no se comprende bien. La técnica de visualización del flujo es un método no invasivo prometedor para ilustrar el campo de flujo complejo espacial y temporal. Una configuración de visualización de flujo básico consiste en un láser de alta potencia y lentes de ópticas para generar la hoja láser, una cámara, un generador de partículas trazadoras y un procesador de datos. La configuración de túnel de viento, las especificaciones de los dispositivos involucrados y los valores correspondientes del parámetro dependen de las características de flujo a obtenerse.

Visualización de flujo de alambre humo normal utiliza un hilo de humo para mostrar la línea de flujo. Sin embargo, los resultados de este método está limitado por la pobre resolución espacial cuando se lleva a cabo en un campo de flujo complejo. Por lo tanto, se ha desarrollado una técnica de visualización de flujo de humo mejorada. Esta técnica ilustra el campo de flujo LEV global a gran escala y la estructura de flujo de cizalla pequeña capa al mismo tiempo, proporcionando una valiosa referencia para la medición de más adelante toda partícula imagen velocimetry (PIV).

En este trabajo se demuestra la aplicación de la visualización mejora flujo de humo y medición PIV para el estudio de los fenómenos de flujo transitorio en un ala delta. El procedimiento y precauciones para llevar a cabo el experimento aparecen, incluyendo configuración de túnel de viento, adquisición de datos y procesamiento de datos. Los resultados representativos muestran que estos métodos de visualización de dos flujo son técnicas efectivas para investigar el campo de flujo tridimensional cualitativa y cuantitativamente.

Introduction

Medida del campo de caudal mediante técnicas de visualización es una metodología básica en Ingeniería flúida. Entre las técnicas de visualización diferentes, visualización de flujo de alambre humo en túnel de viento experimentos y visualización de tinte en experimentos de túnel de agua son los más utilizados para ilustrar estructuras de flujo cualitativo. PIV y Láser Doppler anemometría (LDA) son dos típicas técnicas cuantitativas¹.

En la visualización de flujo de alambre humo, humo línea es generado a partir de gotitas de aceite sobre un alambre de la calefacción o inyectada desde el exterior generador de humo/contenedor durante los experimentos. Luces de alta potencia o laser hojas se utilizan para iluminar la línea de humo. Luego se graban imágenes para su posterior análisis. Este es un sencillo pero muy útil flujo visualización método². Sin embargo, la efectividad de este método puede verse limitada por diversos factores, como la corta duración de hilos de humo, el campo de flujo tridimensional complejo, la velocidad relativamente alta del flujo y la eficiencia de la generación del humo³.

En las medidas de PIV, un corte transversal de un campo de flujo con partículas arrastradas es iluminada por una hoja de laser y posiciones instantáneos de las partículas en esta sección son capturados por una cámara de alta velocidad. Dentro de un intervalo muy pequeño de tiempo, se registra un par de imágenes. Al dividir las imágenes en una cuadrícula de las áreas de interrogatorio y calcular el movimiento promedio de las partículas en las áreas de interrogatorio a través de funciones de correlación cruzada, puede obtenerse el mapa de vector de velocidad instantánea en este corte transversal observado. Sin embargo, también se sabe que deben alcanzarse compromisos de factores incluyendo el tamaño de la ventana de observación, la resolución del mapa de velocidad, la magnitud de la velocidad en el plano, el intervalo de tiempo entre el par de imágenes, la velocidad ortogonal magnitud y la densidad de partículas⁴. Por lo tanto, muchos experimentos de exploración pueden ser necesaria para optimizar la configuración experimental. Sería costoso y desperdiciador de tiempo investigar un campo desconocido y complejo flujo con PIV medición solo^5,6. Teniendo en cuenta las preocupaciones anteriores, una estrategia para combinar la visualización de flujo de humo y medición PIV es propuesta y demostrada aquí para estudiar el complejo flujo sobre un ala de delta fino.

Numerosos estudios de los flujos de la LEV sobre alas delta han sido realizados^7,8, con técnicas de visualización de flujo utilizada como principales herramientas. Se han observado muchos fenómenos interesantes de flujo: tipo espiral y burbuja tipo vórtice averías^9,10, un corte inestable capa subestructura^11,12, oscilaciones de puntos de ruptura LEV¹³ , y los efectos de cabeceo y guiñada ángulos^14,15,16 sobre las estructuras de flujo. Sin embargo, los mecanismos subyacentes de fenómenos inestables en los flujos de ala delta siendo claro⁷. En este trabajo, se mejora la visualización de flujo de humo usando el mismo partículas de siembra utilizadas para la medición de PIV, en lugar de un hilo de humo. Esta mejora grandemente simplifica la operación de la visualización y aumenta la calidad de las imágenes. Basado en los resultados de la visualización de flujo de humo mejorada, medición PIV se centra en los campos de flujo de interés para la adquisición de la información cuantitativa.

Aquí, se proporciona una descripción detallada para explicar cómo llevar a cabo un experimento de visualización de flujo en un túnel de viento y para investigar fenómenos de flujo transitorio en un ala delta. Dos métodos de visualización, el flujo de humo mejorada visualización y medición PIV, se utilizan conjuntamente en este experimento. El procedimiento incluye guía paso a paso para el ajuste de la configuración y los parámetros del dispositivo. Se demuestran resultados típicos para mostrar la ventaja de combinar estos dos métodos para medir el campo de flujo complejo espacial y temporal.

Protocol

1. configuración de túnel de viento de Modelo de ala delta Construir un modelo de ala delta de aluminio, con un barrido ángulo φ de 75 °, un acorde longitud c de 280 m m, un palmo de la raíz b de 150 mm y 5 mm de espesor. Tiene dos bordes de ataque biselados a 35°-fijar el punto de separación del17 (véase Figura 1a). Instalación de túnel de viento <l…

Representative Results

Figura 2d muestra las historias de tiempo de los lugares de distribución LEV. La curva negra indica el LEV de babor y la curva roja indica el estribor LEV. La escala de tiempo es nondimensionalized por la velocidad y acorde la longitud de la corriente libre. El coeficiente de correlación entre estas dos historias de momento es r = −0.53, lo que indica una fuerte interacción anti simétrica de las oscilaciones de localización de avería LEV. Est…

Discussion

Este artículo presenta los dos métodos de visualización de flujo, visualización de flujo de humo mejorada y medición PIV, para investigar la estructura de flujo sobre el ala de delta cualitativa y cuantitativamente. Paso a paso se describen los procedimientos generales del experimento. Las configuraciones de estos dos métodos son casi iguales, mientras que los dispositivos involucrados son diferentes. El principio básico de estos métodos de visualización de dos flujo es iluminar las partículas en el flujo a tra…

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