Akış yapısı akış görüntüleme yöntemleri ile Delta kanat üzerinde deneysel incelenmesi
Summary
Burada, kararsız kıvırma akar değiştirilmiş duman akışı görselleştirme tekniği kullanarak bir delta kanat üzerinde gözlemlemek ve öncü girdap arıza Mekanlar salınım için sorumlu mekanizma araştırmak için bir protokol mevcut.
Abstract
İyi bilinen bir delta kanat üzerinden akışı alanı counter dönen öncü Girdaplar (LEV) bir çift tarafından hakimdir. Ancak, onların mekanizması iyi anlaşılmış değildir. Akışı görselleştirme tekniği dağınık şekilde ve geçici karmaşık akışı alanı göstermek için umut verici bir sigara tacizkar yöntemdir. Temel akış görselleştirme Kur bir yüksek güçlü lazer ve optik lensler lazer sayfası, bir kamera, bir izleyici parçacık jeneratör ve veri işlemcisi oluşturmak için oluşur. Rüzgar tüneli Kur, cihazların ilgili özellikleri ve karşılık gelen parametre ayarları elde edilecek akış özelliklerine bağlıdır.
Normal duman tel akışı görselleştirme bir duman tel akışı streaklines göstermek için kullanır. Ancak, ne zaman bir karmaşık akışı alanında yürütülen bu yöntemin performansı tarafından yanlış mekansal çözünürlükte sınırlıdır. Bu nedenle, bir geliştirilmiş duman akışı görselleştirme teknik geliştirilmiştir. Bu teknik büyük ölçekli küresel LEV akışı alanı ve küçük ölçekli kesme katman akışı yapısı aynı zamanda, daha sonra detaylı partikül imaj velosimetri (PIV) ölçüm için değerli bir başvuru sağlayan göstermektedir.
Bu yazıda, kararsız akışı olayları bir delta kanat üzerinde çalışmak için geliştirilmiş duman akışı görselleştirme ve PIV ölçüm uygulaması gösterilmiştir. Yordam ve deney için dikkat edilecek noktalar, Rüzgar tüneli kurulumu, veri toplama ve veri işleme de dahil olmak üzere listelenir. Temsilcisi sonuçları bu iki akışı görselleştirme yöntemler üç boyutlu akış alan nitelik ve nicelik soruşturma için etkili teknikler olduğunu göstermektedir.
Introduction
Akışı alan görselleştirme teknikleri yoluyla sıvı Mühendisliği temel bir metodoloji ölçümdür. Farklı görselleştirme teknikleri arasında duman tel akışı görselleştirme Rüzgar tüneli deneylerde ve boya görselleştirme su tünel deneylerde en çok kullanılan akış yapıları niteliksel göstermek için vardır. PIV ve lazer Doppler anemometry (Ida) iki tipik kantitatif teknikleri1dir.
Duman tel akışı görselleştirme, duman streaklines yağ damlacıkları bir Isıtma tel üzerinde oluşturulduğu veya dış duman jeneratör/kapsayıcıyı deneyler sırasında enjekte. Yüksek güçlü ışık veya lazer sayfaları duman streaklines aydınlatmak için kullanılır. Görüntüleri daha sonra daha ayrıntılı bir çözümleme için kaydedilir. Bu basit ama çok yararlı akışı görselleştirme yöntem2. Ancak, bu yöntemin etkinliğini duman teller, karmaşık üç boyutlu akış alanı, akışının nispeten yüksek hız ve verimlilik duman üretimi3kısa süreli gibi çeşitli faktörler tarafından sınırlandırılabilir.
PIV ölçümlerde sürüklenmiş parçacıkları ile akışı alan bir kesit lazer tabakasıyla aydınlatılmış ve anlık pozisyonlarda bu kesit parçacıkların bir yüksek hızlı kamera tarafından yakalanır. Bir çok küçük zaman aralığı içinde bir çift görüntü kaydedilir. Bir sorgu alanları kılavuza görüntüleri bölme ve parçacıklar çapraz korelasyon fonksiyonları üzerinden sorgulama bölgelerde ortalama hareket hesaplama, gözlenen bu kesit anlık hız vektör harita elde edilebilir. Ancak, bu da uzlaşma için izleme penceresi, hız harita, hız büyüklüğü bir düzlemde, görüntüleri, ortogonal hız çifti arasındaki zaman aralığını çözünürlüğe büyüklüğü gibi etkenlere erişilmesi gereken bilinir büyüklüğü ve parçacık yoğunluğu4. Bu nedenle, birçok araştırmacı deney deneysel ayarlarını en iyi duruma getirmek için gerekli olabilir. Çok pahalı ve zaman alıcı bir bilinmeyen ve karmaşık akışı alan PIV ölçüm yalnız5,6araştırmak olurdu. Yukarıdaki sorunları göz önüne alındığında, duman akışı görselleştirme ve PIV ölçüm birleştirmek için bir strateji önerilen ve burada ince bir delta kanat üzerinde karmaşık akışı çalışmaya gösterdi.
LEV akışı delta kanat üzerinde birçok çalışma yürütülen7,8, birincil araç olarak kullanılan akışı görselleştirme teknikleri ile olmuştur. Birçok ilginç akışı olayları gözlemledim: sarmal türü ve balon yazın girdap arıza9,10, kararsız bir makaslama katman alt yapı11,12, salınım LEV arıza yerleri13 , ve yunuslama ve yaw etkileri açılar14,15,16 akışı yapıları üzerinde. Ancak, delta kanat akışı dengesiz bazı olayları temel mekanizmaları belirsiz7kalır. Bu çalışmada, duman akışı görselleştirme PIV ölçümü, duman tel yerine kullanılan aynı tohum parçacıklar kullanarak artırıldı. Bu gelişme büyük ölçüde canlandırma işlemi basitleştirir ve görüntü kalitesini artırır. Geliştirilmiş duman akışı görselleştirme sonuçlara dayanarak, PIV ölçüm faiz nicel bilgi almak için bu akışı alanlar üzerinde duruluyor.
Burada ayrıntılı bir açıklama nasıl bir rüzgar tüneli bir akışı görselleştirme deneyi yapmak için ve bir delta kanat üzerinde kararsız akışı olayları incelemek için açıklamak için sağlanır. İki görüntüleme yöntemleri, geliştirilmiş duman akışı görselleştirme ve PIV ölçüm, bu deneyde birlikte kullanılır. Yordam aygıt kurulum ve parametre ayarı için adımlar halinde kılavuz bilgiler içerir. Tipik sonuçları içinde dağınık şekilde ve geçici karmaşık akışı alanı ölçmek için bu iki yöntem birleştirerek avantajı göstermek için gösterilen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu yazı iki akışı görselleştirme yöntem, geliştirilmiş duman akışı görselleştirme ve nitelik ve nicelik delta kanat akışı yapısı araştırmaya PIV ölçüm sunar. Denemenin genel yordamları adım adım açıklanmıştır. Cihazlar dahil farklı olmakla birlikte bu iki yöntem kurulumları neredeyse aynıdır. Bu iki akışı görselleştirme yöntemleri temel parçacıklar lazer sayfası üzerinden akışı aydınlatmak için ilkedir. Geliştirilmiş duman akışı görselleştirme bir bilinmeyen akı…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Hong Kong araştırma hibe Konseyi (Hayır. teşekkür etmek istiyorum GRF526913), Hong Kong yenilik ve teknoloji Komisyonu (Hayır. Its/334/15FP) ve bize Office, deniz araştırma Global (Hayır. N00014-16-1-2161) finansal destek için.
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 |
References
- Smits, A. J. . Flow visualization: Techniques and examples. , (2012).
- Barlow, J. B., Rae, W. H., Pope, A. . Low-speed wind tunnel testing. , (1999).
- Merzkirch, W. . Flow visualization. , (1987).
- Raffel, M., Willert, C. E., Wereley, S., Kompenhans, J. . Particle image velocimetry: A practical guide. , (2007).
- Westerweel, J., Elsinga, G. E., Adrian, R. J. Particle Image Velocimetry for Complex and Turbulent Flows. Annu Rev Fluid Mech. 45 (1), 409-436 (2013).
- Meinhart, C. D., Wereley, S. T., Santiago, J. G. PIV measurements of a microchannel flow. Exp Fluids. 27 (5), 414-419 (1999).
- Gursul, I. Review of unsteady vortex flows over slender delta wings. J Aircraft. 42 (2), 299-319 (2005).
- Gursul, I., Gordnier, R., Visbal, M. Unsteady aerodynamics of nonslender delta wings. Prog Aerosp Sci. 41 (7), 515-557 (2005).
- Lowson, M. Some experiments with vortex breakdown. JRoy Aeronaut Soc. 68, 343-346 (1964).
- Payne, F. M., Ng, T., Nelson, R. C., Schiff, L. B. Visualization and wake surveys of vortical flow over a delta wing. AIAA J. 26 (2), 137-143 (1988).
- Lowson, M. V. The three dimensional vortex sheet structure on delta wings. Fluid Dynamics of Three-Dimensional Turbulent Shear Flows and Transition. , 11.11-11.16 (1989).
- Riley, A. J., Lowson, M. V. Development of a three-dimensional free shear layer. J Fluid Mech. 369, 49-89 (1998).
- Menke, M., Gursul, I. Unsteady nature of leading edge vortices. Phys Fluids. 9 (10), 2960 (1997).
- Yayla, S., Canpolat, C., Sahin, B., Akilli, H. Yaw angle effect on flow structure over the nonslender diamond wing. AIAA J. 48 (10), 2457-2461 (2010).
- Menke, M., Gursul, I. Nonlinear response of vortex breakdown over a pitching delta Wing. J Aircraft. 36 (3), 496-500 (1999).
- Sahin, B., Yayla, S., Canpolat, C., Akilli, H. Flow structure over the yawed nonslender diamond wing. Aerosp Sci Technol. 23 (1), 108-119 (2012).
- Kohlman, D. L., Wentz, J. W. H. Vortex breakdown on slender sharp-edged wings. J Aircraft. 8 (3), 156-161 (1971).
- Lu, L., Sick, V. High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces. J Vis Exp. (76), e50559 (2013).
- Mitchell, A. M., Barberis, D., Molton, P., Délery, J. Oscillation of Vortex Breakdown Location and Blowing Control of Time-Averaged Location. AIAA J. 38 (5), 793-803 (2000).
- Shen, L., Wen, C. -. y., Chen, H. -. A. Asymmetric Flow Control on a Delta Wing with Dielectric Barrier Discharge Actuators. AIAA J. 54 (2), 652-658 (2016).
- Leibovich, S. The Structure of Vortex Breakdown. Annu Rev Fluid Mech. 10 (1), 221-246 (1978).
- Mitchell, A. M., Molton, P. Vortical Substructures in the Shear Layers Forming Leading-Edge Vortices. AIAA J. 40 (8), 1689-1692 (2002).
- Gad-El-Hak, M., Blackwelder, R. F. The discrete vortices from a delta wing. AIAA J. 23 (6), 961-962 (1985).
- Zhou, J., Adrian, R. J., Balachandar, S., Kendall, T. M. Mechanisms for generating coherent packets of hairpin vortices in channel flow. J. Fluid Mech. 387, 353-396 (1999).
- Adrian, R. J., Christensen, K. T., Liu, Z. C. Analysis and interpretation of instantaneous turbulent velocity fields. Exp Fluids. 29 (3), 275-290 (2000).
- Yoda, M., Hesselink, L. A three-dimensional visualization technique applied to flow around a delta wing. Exp. Fluids. 10 (2-3), (1990).
- Greenwell, D. I. . RTO AVT Symposium. , (2001).
- Furman, A., Breitsamter, C. Turbulent and unsteady flow characteristics of delta wing vortex systems. Aerosp Sci Technol. 24 (1), 32-44 (2013).
- Wang, C., Gao, Q., Wei, R., Li, T., Wang, J. 3D flow visualization and tomographic particle image velocimetry for vortex breakdown over a non-slender delta wing. Exp Fluids. 57 (6), (2016).
