طريقة مجال الاضطراب: تقييم جودة تدفق نفق الرياح

Turbulence Sphere Method: Evaluating Wind Tunnel Flow Quality

JoVE Science Education
Aeronautical Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Science Education Aeronautical Engineering

Turbulence Sphere Method: Evaluating Wind Tunnel Flow Quality

8.2: Propeller Characterization: Variations in Pitch, Diameter, and Blade Number on Performance

8.6: Cross Cylindrical Flow: Measuring Pressure Distribution and Estimating Drag Coefficients

8,755 Views

•

09:23 min

•

October 13, 2017

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Overview

المصدر: خوسيه روبرتو موريتو وشياوفنغ ليو ، قسم هندسة الطيران ، جامعة ولاية سان دييغو ، سان دييغو ، كاليفورنيا

تعد اختبارات نفق الرياح مفيدة في تصميم المركبات والهياكل التي تتعرض لتدفق الهواء أثناء استخدامها. يتم إنشاء بيانات نفق الرياح عن طريق تطبيق تدفق هواء متحكم فيه على نموذج للكائن قيد الدراسة. عادة ما يكون لنموذج الاختبار هندسة مماثلة ولكنه مقياس أصغر مقارنة بالكائن بالحجم الكامل. لضمان جمع بيانات دقيقة ومفيدة أثناء اختبارات نفق الرياح منخفضة السرعة ، يجب أن يكون هناك تشابه ديناميكي لرقم رينولدز بين حقل تدفق النفق عبر نموذج الاختبار ومجال التدفق الفعلي فوق الكائن بالحجم الكامل.

في هذا العرض التوضيحي ، سيتم تحليل تدفق نفق الرياح فوق كرة ناعمة بخصائص تدفق محددة جيدا. نظرا لأن الكرة لها خصائص تدفق محددة جيدا ، يمكن تحديد عامل الاضطراب لنفق الرياح ، الذي يربط رقم رينولدز الفعال برقم رينولدز الاختباري ، بالإضافة إلى شدة اضطراب التيار الحر لنفق الرياح.

Principles

للحفاظ على التشابه الديناميكي في التدفقات منخفضة السرعة ، يجب أن يكون رقم رينولدز للتجربة هو نفسه رقم رينولدز لظاهرة التدفق قيد الدراسة. ومع ذلك ، فإن التجارب التي أجريت في أنفاق الرياح المختلفة وفي الهواء الحر ، حتى في نفس رقم رينولدز ، يمكن أن توفر نتائج مختلفة. يمكن أن تعزى هذه الاختلافات إلى تأثير اضطراب التيار الحر داخل قسم اختبار نفق الرياح ، والذي يمكن اعتباره “رقم رينولدز فعال” أعلى لاختبار نفق الرياح [1].

طريقة بسيطة تستخدم للحصول على رقم رينولدز الفعال لنفق الرياح وتقدير شدة الاضطراب هي استخدام مجال الاضطراب. تحصل هذه الطريقة على قياس غير مباشر لشدة الاضطراب عن طريق تحديد عامل الاضطراب في نفق الرياح. يربط عامل الاضطراب ، TF ، رقم رينولدز الفعال ، R_eff ، برقم رينولدز النفقي ، إعادة_{الاختبار} ، ك

يمكن قياس شدة الاضطراب مباشرة عن طريق قياس شدة الريح بالأسلاك الساخنة ، أو قياس سرعة الدوبلر بالليزر ، أو المسح الميداني لتدفق سرعة قياس حجم الجسيمات. قبل إدخال طرق القياس المباشر هذه ، كانت كرة الاضطراب هي الطريقة الأساسية لقياس الاضطراب النسبي لنفق الرياح. نظرا لأن الطرق المباشرة عادة ما تستغرق وقتا طويلا ومكلفة ، فإن طريقة كرة الاضطراب التقليدية لا تزال بديلا سريعا وغير مكلف لقياس جودة تدفق الهواء.

تعتمد طريقة كرة الاضطراب على نتيجتين تجريبيتين: أزمة سحب المجال والعلاقة القوية بين رقم رينولدز الحرج ، Re_c ، وشدة اضطراب التدفق. تشير أزمة السحب إلى ظاهرة أن معامل سحب الكرة ، C_d ، ينخفض فجأة بسبب التحول العكسي لنقطة فصل التدفق. عندما يصل التدفق إلى رقم رينولدز الحرج ، يحدث انتقال الطبقة الحدودية من التدفق الصفحي إلى التدفق المضطرب بالقرب من الحافة الأمامية للكرة. يتسبب هذا الانتقال المبكر في تأخر فصل التدفق لأن الطبقة الحدودية المضطربة تكون أكثر قدرة على التفاوض على تدرج الضغط المعاكس لمسافة أطول وبالتالي فهي أقل عرضة للانفصال من الطبقة الحدودية الصفحية. يعزز الفصل المتأخر استعادة الضغط بشكل أفضل ، مما يقلل من حجم الاستيقاظ وسحب الضغط ويقلل بشكل كبير من السحب الكلي.

تحتوي مجالات الاضطراب المستخدمة في هذا العرض التوضيحي على صنبور ضغط واحد عند الحافة الأمامية وأربعة صنابير ضغط عند نقاط تقع 22.5 درجة من الحافة الخلفية. سيتم فحص ثلاثة كرات بأقطار 4.0 و 4.987 و 6.0 بوصة على التوالي. بالنسبة للكرة الملاءمة ، يتم تحديد رقم رينولدز الحرج جيدا ويحدث عندما C_D = 0.3. هذا يتوافق مع قيمة ΔP / q = 1.220 ، حيث ΔP هو الفرق بين متوسط الضغط المقاس عند منافذ الضغط الخلفية الأربعة وضغط الركود عند الحافة الأمامية للكرة ، و q هو الضغط الديناميكي للتدفق.

بينما يتم تعريف Re_c جيدا بواسطة C_D و ΔP / q ، إلا أنه يعتمد بشدة على اضطراب التدفق. يمكن استخدام هذا العرض التوضيحي باستخدام المجالات لتحديد عامل الاضطراب. وجدت قياسات الطيران المبكرة أنه في الغلاف الجوي الحر ، Re_c = 3.85 × 10⁵ للحصول على كرة ناعمة. يرتبط رينولدز الحر الحرج باضطراب نفق الرياح بالمعادلة التالية:

Procedure

1. تحضير كرة الاضطراب في نفق الرياح

قم بتوصيل أنبوب pitot في نفق الرياح بالمنفذ # 1 على الماسح الضوئي للضغط ، وقم بتوصيل منفذ الضغط الثابت بالمنفذ # 2 على الماسح الضوئي للضغط.
قفل التوازن الخارجي.
قم بتثبيت دعامة الكرة على دعامة التوازن داخل نفق الرياح.
قم بتثبيت الكرة بقطر 6.
قم بتوصيل صنبور الضغط الرائد بالمنفذ # 3 على الماسح الضوئي للضغط ، وقم بتوصيل صنابير الضغط الخلفية الأربعة بالمنفذ # 4 على الماسح الضوئي للضغط.
قم بتوصيل خط إمداد الهواء بمنظم الضغط ، واضبط الضغط على 65 رطل لكل بوصة مربعة.
قم بتوصيل مشعب الماسح الضوئي للضغط بخط الضغط.
ابدأ تشغيل نظام الحصول على البيانات وماسح الضغط. تأكد من تشغيلها قبل 20 دقيقة على الأقل من الاختبار.
قم بتقدير الحد الأقصى للضغط الديناميكي بناء على رقم رينولدز الحرج للهواء الحر لكرة ناعمة: . انظر الجدولين 1 و2 للاطلاع على معلمات الاختبار الموصى بها.
حدد نطاق اختبار الضغط الديناميكي من 0 إلى q _max وحدد نقاط الاختبار بقسمة النطاق على 15 فاصلة.

الجدول 1. معلمات الاختبار الأول.

قطر الكرة (بوصة)	q_Min [in H2O]	q_Max [in H2O]
4	4	6
4.987	2	3.4
6	1	2.4

الجدول 2. معلمات الاختبار الثاني.

قطر الكرة (بوصة)	q_Min [in H2O]	q_Max [in H2O]
4	3.4	7.2
4.987	1.3	5.1
6	–	–

2. إجراء قياس التثبيت ومسح الضغط

اقرأ الضغط الجوي ودرجة حرارة الغرفة وسجل القيم.
قم بتطبيق التصحيحات على الضغط الجوي باستخدام المعادلات التي توفرها الشركة المصنعة لمقياس الضغط.
قم بإعداد برنامج الحصول على البيانات وتوصيله بماسح الضغط ، وتعيين عنوان IP المناسب.
أدخل الأوامر التالية بالضغط على Enter بعد كل أمر.
>calz
>set chan1 0
>set chan 1-1..1-4
>set fps 10
تأكد من خلو قسم الاختبار ونفق الرياح من الحطام.
أغلق أبواب قسم الاختبار.
اضبط قرص سرعة نفق الرياح على الصفر.
قم بتشغيل نفق الرياح ونظام تبريد نفق الرياح.
مع سرعة الرياح عند 0 ميل في الساعة ، ابدأ في تسجيل البيانات ، ثم أدخل الأمر التالي لمسح الضغط:
>scan
سجل درجة حرارة الهواء في نفق الرياح.
قم بزيادة سرعة الرياح حتى الضغط الديناميكي التالي لنقطة الاختبار كما هو محدد في الخطوة 1.10.
انتظر حتى تستقر السرعة الجوية ، ثم كرر الخطوات 2.9 – 2.11 حتى يتم تنفيذ آخر نقطة اختبار.
قلل السرعة الجوية ببطء إلى الصفر.
عندما يتم قياس جميع النقاط ، استبدل الكرة 6 في الكرة بالكرة التالية باتباع الخطوات 1.2 – 1.5.
كرر الخطوات من 2.3 إلى 2.14 لتكرار تجارب التثبيت ومسح الضغط.
انتظر نفق الرياح ليبرد بعد تنفيذ الاختبار لجميع المجالات الثلاثة.
قم بإيقاف تشغيل نفق الرياح وبرنامج الحصول على البيانات.

في اختبار الديناميكا الهوائية ، تعتبر أنفاق الرياح لا تقدر بثمن لتحديد الخصائص الديناميكية الهوائية للأجسام المختلفة والطائرات المصغرة. يتم إنشاء بيانات نفق الرياح عن طريق تطبيق تدفق متحكم فيه للهواء على نموذج اختبار ، والذي يتم تركيبه داخل قسم الاختبار. عادة ما يكون لنموذج الاختبار هندسة متشابهة ، ولكن على نطاق أصغر ، مقارنة بالكائن الحقيقي.

من أجل ضمان فائدة البيانات التي تم إنشاؤها في اختبارات نفق الرياح ، يجب أن نضمن التشابه الديناميكي بين مجال تدفق نفق الرياح ومجال التدفق الفعلي فوق الكائن الحقيقي. للحفاظ على التشابه الديناميكي ، يجب أن يكون رقم رينولدز لتجربة نفق الرياح هو نفسه رقم رينولدز لظاهرة التدفق التي يتم اختبارها.

ومع ذلك ، فإن التجارب التي يتم إجراؤها في أنفاق الرياح أو في الهواء الحر حتى مع نفس رقم رينولدز يمكن أن توفر نتائج مختلفة بسبب تأثيرات اضطراب التيار الحر داخل قسم اختبار نفق الرياح. يمكن اعتبار هذه الاختلافات رقم رينولدز أعلى فعالية لنفق الرياح. إذن كيف نربط الاختبار في نفق الرياح بتجارب الهواء الحر؟

يمكننا تقدير شدة اضطراب التيار الحر في نفق الرياح باستخدام جسم محدد جيدا له سلوك تدفق معروف ، مثل الكرة. تسمى هذه الطريقة طريقة كرة الاضطراب. تعتمد طريقة كرة الاضطراب على الحالة المدروسة جيدا والتي تسمى أزمة سحب الكرة.

تصف أزمة سحب المجال الظاهرة التي ينخفض فيها معامل السحب للكرة فجأة عندما يصل رقم رينولدز إلى قيمة حرجة. عندما يصل التدفق إلى رقم رينولدز الحرج ، تنتقل الطبقة الحدودية من الصفيحة إلى المضطربة بالقرب من الحافة الأمامية للكرة. يتسبب هذا الانتقال ، مقارنة بالتدفق عند رقم رينولدز منخفض ، في تأخر فصل التدفق واستيقاظ مضطرب أرق وبالتالي تقليل السحب.

لذلك ، يمكننا قياس معامل سحب الكرة في نطاق من أرقام رينولدز الاختبارية لتحديد رقم رينولدز الحرج. يتيح لنا ذلك تحديد عامل الاضطراب ، الذي يربط رقم رينولدز الاختباري بفعالية رقم رينولدز.

في هذه التجربة ، سنوضح طريقة كرة الاضطراب باستخدام نفق الرياح والعديد من مجالات الاضطراب المختلفة مع صنابير ضغط مدمجة.

تستخدم هذه التجربة نفق الرياح الديناميكي الهوائي بالإضافة إلى العديد من الكرات المضطربة ذات القطر المتفاوتة لتحديد مستوى الاضطراب لتدفق التيار الحر في قسم اختبار النفق. تتميز كرات الاضطراب ، التي تحتوي كل منها على صنبور ضغط عند الحافة الأمامية بالإضافة إلى 4 صنابير ضغط تقع على بعد 22.5 درجة من الحافة الخلفية ، بخصائص تدفق محددة جيدا ، والتي تساعدنا على تحليل الاضطراب في نفق الرياح.

لإعداد التجربة ، قم أولا بتوصيل أنبوب pitot لنفق الهواء بمنفذ ماسح الضغط رقم 1. بعد ذلك ، قم بتوصيل منفذ الضغط الثابت لنفق الرياح بالمنفذ رقم 2. الآن ، قم بقفل التوازن الخارجي. قم بإصلاح دعامة الكرة في دعامة التوازن داخل نفق الرياح.

ثم قم بتثبيت 6 في المجال. قم بتوصيل صنبور الضغط الأمامي بمنفذ ماسح الضغط رقم 3 وقم بتوصيل صنابير الضغط الخلفية الأربعة بالمنفذ 4. قم بتوصيل خط إمداد الهواء بمنظم الضغط ، واضبط الضغط على 65 رطل لكل بوصة مربعة. بعد ذلك ، قم بتوصيل مشعب ماسح الضغط بخط الضغط المنظم عند 65 رطل لكل بوصة مربعة.

ابدأ تشغيل نظام الحصول على البيانات وماسح الضغط. بينما يتوازن النظام ، قم بتقدير الحد الأقصى للضغط الديناميكي ، q max ، الضروري للاختبار بناء على رقم رينولدز الحرج للهواء الحر للحصول على كرة ناعمة.

هنا ، نقوم بإدراج معلمات الاختبار الموصى بها للاختبار الأول والثاني لكل مجال. الآن ، باستخدام هذه المعلمات ، حدد نطاق اختبار الضغط الديناميكي من صفر إلى q max ، ثم حدد نقاط الاختبار بقسمة النطاق إلى 15 فاصلا.

قبل إجراء التجربة ، اقرأ الضغط الجوي في الغرفة وسجل القيمة. اقرأ أيضا درجة حرارة الغرفة وسجل قيمتها. قم بتطبيق التصحيحات على الضغط الجوي باستخدام درجة حرارة الغرفة وتحديد الموقع الجغرافي باستخدام المعادلات التي توفرها الشركة المصنعة لمقياس الضغط.

الآن ، قم بإعداد برنامج الحصول على البيانات عن طريق فتح برنامج المسح أولا. ثم, قم بتوصيل البرنامج DSM 4000, الذي يقرأ ويعاير الإشارة من مستشعر الضغط, عن طريق تعيين عنوان IP المناسب والضغط على اتصال. أدخل الأوامر كما هو موضح ، والتي تحددها الشركة المصنعة ، وتذكر الضغط على Enter بعد كل أمر.

الآن بعد أن أصبح البرنامج جاهزا ، تحقق للتأكد من أن قسم الاختبار ونفق الرياح خاليان من الحطام والأجزاء السائبة. بعد ذلك ، أغلق أبواب قسم الاختبار وتحقق لمعرفة أن سرعة نفق الرياح مضبوطة على الصفر. قم بتشغيل نفق الرياح ، ثم قم بتشغيل نظام تبريد نفق الرياح.

مع سرعة الرياح تساوي الصفر ، ابدأ في تسجيل البيانات على نظام الحصول على البيانات ، ثم اكتب الأمر scan لبدء قياس الضغط. ثم سجل درجة حرارة نفق الرياح. نظرا لأن سرعة الرياح ترتبط ارتباطا مباشرا بالضغط الديناميكي ، فقم بزيادة سرعة الرياح حتى تصل إلى نقطة اختبار الضغط الديناميكي التالية. ثم انتظر حتى تستقر سرعة الهواء وابدأ فحص الضغط مرة أخرى. تأكد من تسجيل درجة حرارة نفق الرياح. استمر في التجربة عن طريق إجراء مسح الضغط في كل نقطة من نقاط الضغط الديناميكي ، وتسجيل درجة حرارة نفق الرياح في كل مرة. عندما يتم قياس جميع النقاط للكرة مقاس 6 بوصات ، كرر تجربة مسح التثبيت والضغط لمجالات الاضطراب مقاس 4.987 بوصة و 4 بوصات.

لكل كرة ، قمنا بقياس ضغط الركود عند منفذ الضغط 3 والضغط عند المنافذ الخلفية عبر منفذ الضغط 4 ، والتي يتم طرحها لإعطاء فرق الضغط ، دلتا P. قمنا أيضا بقياس الضغط الكلي لقسم الاختبار ، Pt ، من منفذ الضغط الأول والضغط الساكن ، Ps ، من منفذ الضغط الثاني ، والتي تستخدم لتحديد الضغط الديناميكي للاختبار ، q.

ثم يمكننا حساب الضغط الطبيعي ، وهو ما يساوي فرق الضغط مقسوما على الضغط الديناميكي. كما تم تسجيل ضغط الهواء ودرجة حرارة تدفق الهواء ، مما يتيح حساب خصائص تدفق الهواء. تذكر أن هناك فتحة في قسم الاختبار ، مما يعني أنها مفتوحة للهواء المحيط. لذلك ، بافتراض عدم وجود تدرج ضغط مجرى في قسم الاختبار ، يمكن استخدام القيمة المطلقة للضغط الساكن المحلي لتدفق التيار الحر كضغط هواء محيط.

يتم الحصول على الكثافة باستخدام قانون الغاز المثالي واللزوجة التي تم الحصول عليها باستخدام صيغة ساذرلاند. بمجرد تحديد كثافة الهواء ولزوجته ، يمكننا حساب رقم رينولدز. نعرض هنا مخططا لرقم رينولدز مقابل فرق الضغط الطبيعي ، دلتا P فوق q.

باستخدام هذا المخطط ، يمكننا تحديد رقم رينولدز الحرج لكل كرة ، لأن رقم رينولدز الحرج يتوافق مع قيمة الضغط الطبيعية 1.22. مع كل رقم رينولدز حرج ، يمكننا تقييم عامل الاضطراب ورقم رينولدز الفعال. يرتبط عامل الاضطراب بشدة الاضطراب في نفق الرياح.

باختصار ، تعلمنا كيف يؤثر اضطراب التيار الحر على الاختبار في نفق الرياح. ثم استخدمنا العديد من المجالات الملساء لتحديد عامل الاضطراب وشدة تدفق نفق الرياح وتقييم جودته.

Results

لكل مجال ، تم قياس ضغط الركود والضغط عند المنافذ الخلفية. الفرق بين هاتين القيمتين يعطي فرق الضغط ، ΔP. كما تم قياس الضغط الكلي ، P_t ، والضغط الساكن ، P_s ، لقسم الاختبار ، والتي تستخدم لتحديد الضغط الديناميكي للاختبار ، q = P_t – P_s ، والضغط الطبيعي . كما تم تسجيل ضغط الهواء المحيط ، P_amb ، ودرجة حرارة تدفق الهواء لحساب خصائص تدفق الهواء ، بما في ذلك كثافة الهواء ، _{واختبار} ρ ، واللزوجة ، _{μ الاختبار}. يتم الحصول على الكثافة باستخدام قانون الغاز المثالي ، ويتم الحصول على اللزوجة باستخدام صيغة ساذرلاند. بمجرد تحديد كثافة الهواء واللزوجة ، يمكن حساب رقم رينولدز الاختباري.

من خلال رسم رقم رينولدز الاختباري فيما يتعلق بفرق الضغط الطبيعي ، تم تحديد رقم رينولدز الحرج لكل كرة (الشكل 1). يتوافق رقم رينولدز الحرج مع قيمة الضغط الطبيعية = 1.220. توفر المنحنيات الثلاثة للمجالات الثلاثة تقديرا أكثر دقة لرقم رينولدز الحرج ،_{_نفق Re C} ، لأنه يتم استخدام متوسط القيمة. باستخدام تقدير_{_نفق Re C} ، يمكن تحديد عامل الاضطراب ، TF ، ورقم رينولدز الفعال وفقا للمعادلات التالية:

and

الشكل 1. رقم رينولدز الحرج لكل كرة.

Applications and Summary

Turbulence spheres are used to determine wind tunnel turbulence factor and estimate the turbulence intensity. This is a very useful method to evaluate a wind tunnel flow quality because it is simple and efficient. This method does not directly measure the air velocity and velocity fluctuations, such as hotwire anemometry or particle image velocimetry, and it cannot provide a complete survey of the flow quality of the wind tunnel. However, a complete survey is extremely cumbersome and expensive, so it is not suitable for periodic checks of the wind tunnel turbulence intensity.

The turbulence factor can be checked periodically, such as after making minor modifications to the wind tunnel, to gauge the flow quality. These quick checks can indicate the necessity of a complete flow turbulence survey. Other important information obtained from the turbulence factor is the effective Reynolds number of the wind tunnel. This correction on the Reynolds number is important to ensure the dynamic similarity and the usefulness of data obtained from scaled models and their application to full-scale objects.

The turbulence sphere principle can be also used to estimate the turbulence level in other environments besides the wind tunnel test section. For example, this method can be used to measure inflight turbulence. A turbulence probe can be developed based on the principles of the turbulence sphere and installed in airplanes to measure turbulence levels in the atmosphere in real-time [2].

Another application is the study of flow structures during a hurricane. In situ measurements of the flow inside a hurricane can be extremely dangerous and complicated to obtain. Methods like hotwire anemometry and particle image velocimetry are unattainable in these conditions. The turbulence sphere principle can be used to make an expendable measurement system which can be placed in a region prone to hurricanes to measure the flow turbulence inside a hurricane safely and at a low cost [3].

Name	Company	Catalog Number	Comments
Equipment
Low-speed wind tunnel	SDSU		Closed return type with speeds in the range 0-180 mph
Low-speed wind tunnel	SDSU		Test section size 45W-32H-67L inches
Smooth spheres	SDSU		Three spheres, diameters 4", 4.987", 6"
Miniature pressure scanner	Scanivalve	ZOC33
Digital Service Module	Scanivalve	DSM4000
Barometer
Manometer	Meriam Instrument Co.	34FB8	Water manometer with 10" range.
Thermometer

Transcript

في اختبار الديناميكا الهوائية ، تعتبر أنفاق الرياح لا تقدر بثمن لتحديد الخصائص الديناميكية الهوائية للأجسام المختلفة والطائرات المصغرة. يتم إنشاء بيانات نفق الرياح عن طريق تطبيق تدفق متحكم فيه للهواء على نموذج اختبار ، والذي يتم تركيبه داخل قسم الاختبار. عادة ما يكون لنموذج الاختبار هندسة متشابهة ، ولكن على نطاق أصغر ، مقارنة بالكائن الحقيقي.

من أجل ضمان فائدة البيانات التي تم إنشاؤها في اختبارات نفق الرياح ، يجب أن نضمن التشابه الديناميكي بين مجال تدفق نفق الرياح ومجال التدفق الفعلي فوق الكائن الحقيقي. للحفاظ على التشابه الديناميكي ، يجب أن يكون رقم رينولدز لتجربة نفق الرياح هو نفسه رقم رينولدز لظاهرة التدفق التي يتم اختبارها.

ومع ذلك ، فإن التجارب التي يتم إجراؤها في أنفاق الرياح أو في الهواء الحر حتى مع نفس رقم رينولدز يمكن أن توفر نتائج مختلفة بسبب تأثيرات اضطراب التيار الحر داخل قسم اختبار نفق الرياح. يمكن اعتبار هذه الاختلافات رقم رينولدز أعلى فعالية لنفق الرياح. إذن كيف نربط الاختبار في نفق الرياح بتجارب الهواء الحر؟

يمكننا تقدير شدة اضطراب التيار الحر في نفق الرياح باستخدام جسم محدد جيدا له سلوك تدفق معروف ، مثل الكرة. تسمى هذه الطريقة طريقة كرة الاضطراب. تعتمد طريقة كرة الاضطراب على الحالة المدروسة جيدا والتي تسمى أزمة سحب الكرة.

تصف أزمة سحب المجال الظاهرة التي ينخفض فيها معامل السحب للكرة فجأة عندما يصل رقم رينولدز إلى قيمة حرجة. عندما يصل التدفق إلى رقم رينولدز الحرج ، تنتقل الطبقة الحدودية من الصفيحة إلى المضطربة بالقرب من الحافة الأمامية للكرة. يتسبب هذا الانتقال ، مقارنة بالتدفق عند رقم رينولدز منخفض ، في تأخر فصل التدفق واستيقاظ مضطرب أرق وبالتالي تقليل السحب.

لذلك ، يمكننا قياس معامل سحب الكرة في نطاق من أرقام رينولدز الاختبارية لتحديد رقم رينولدز الحرج. يتيح لنا ذلك تحديد عامل الاضطراب ، الذي يربط رقم رينولدز الاختباري بفعالية رقم رينولدز.

في هذه التجربة ، سنوضح طريقة كرة الاضطراب باستخدام نفق الرياح والعديد من مجالات الاضطراب المختلفة مع صنابير ضغط مدمجة.

تستخدم هذه التجربة نفق الرياح الديناميكي الهوائي بالإضافة إلى العديد من الكرات المضطربة ذات القطر المتفاوتة لتحديد مستوى الاضطراب لتدفق التيار الحر في قسم اختبار النفق. الكرات المضطربة ، لكل منها صنبور ضغط على الحافة الأمامية بالإضافة إلى 4 صنابير ضغط تقع 22.5؟ من الحافة الخلفية ، لها خصائص تدفق محددة جيدا ، والتي تساعدنا في تحليل الاضطراب في نفق الرياح.

لإعداد التجربة ، قم أولا بتوصيل أنبوب pitot لنفق الهواء بمنفذ ماسح الضغط رقم 1. بعد ذلك ، قم بتوصيل منفذ الضغط الثابت لنفق الرياح بالمنفذ رقم 2. الآن ، قم بقفل التوازن الخارجي. قم بإصلاح دعامة الكرة في دعامة التوازن داخل نفق الرياح.

ثم قم بتثبيت 6 في المجال. قم بتوصيل صنبور الضغط الأمامي بمنفذ ماسح الضغط رقم 3 وقم بتوصيل صنابير الضغط الخلفية الأربعة بالمنفذ 4. قم بتوصيل خط إمداد الهواء بمنظم الضغط ، واضبط الضغط على 65 رطل لكل بوصة مربعة. بعد ذلك ، قم بتوصيل مشعب ماسح الضغط بخط الضغط المنظم عند 65 رطل لكل بوصة مربعة.

ابدأ تشغيل نظام الحصول على البيانات وماسح الضغط. بينما يتوازن النظام ، قم بتقدير الحد الأقصى للضغط الديناميكي ، q max ، الضروري للاختبار بناء على رقم رينولدز الحرج للهواء الحر للحصول على كرة ناعمة.

هنا ، نقوم بإدراج معلمات الاختبار الموصى بها للاختبار الأول والثاني لكل مجال. الآن ، باستخدام هذه المعلمات ، حدد نطاق اختبار الضغط الديناميكي من صفر إلى q max ، ثم حدد نقاط الاختبار بقسمة النطاق إلى 15 فاصلا.

قبل إجراء التجربة ، اقرأ الضغط الجوي في الغرفة وسجل القيمة. اقرأ أيضا درجة حرارة الغرفة وسجل قيمتها. قم بتطبيق التصحيحات على الضغط الجوي باستخدام درجة حرارة الغرفة وتحديد الموقع الجغرافي باستخدام المعادلات التي توفرها الشركة المصنعة لمقياس الضغط.

الآن ، قم بإعداد برنامج الحصول على البيانات عن طريق فتح برنامج المسح أولا. ثم, قم بتوصيل البرنامج DSM 4000, الذي يقرأ ويعاير الإشارة من مستشعر الضغط, عن طريق تعيين عنوان IP المناسب والضغط على اتصال. أدخل الأوامر كما هو موضح ، والتي تحددها الشركة المصنعة ، وتذكر الضغط على Enter بعد كل أمر.

الآن بعد أن أصبح البرنامج جاهزا ، تحقق للتأكد من أن قسم الاختبار ونفق الرياح خاليان من الحطام والأجزاء السائبة. بعد ذلك ، أغلق أبواب قسم الاختبار وتحقق لمعرفة أن سرعة نفق الرياح مضبوطة على الصفر. قم بتشغيل نفق الرياح ، ثم قم بتشغيل نظام تبريد نفق الرياح.

مع سرعة الرياح تساوي الصفر ، ابدأ في تسجيل البيانات على نظام الحصول على البيانات ، ثم اكتب الأمر scan لبدء قياس الضغط. ثم سجل درجة حرارة نفق الرياح. نظرا لأن سرعة الرياح ترتبط ارتباطا مباشرا بالضغط الديناميكي ، فقم بزيادة سرعة الرياح حتى تصل إلى نقطة اختبار الضغط الديناميكي التالية. ثم انتظر حتى تستقر سرعة الهواء وابدأ فحص الضغط مرة أخرى. تأكد من تسجيل درجة حرارة نفق الرياح. استمر في التجربة عن طريق إجراء مسح الضغط في كل نقطة من نقاط الضغط الديناميكي ، وتسجيل درجة حرارة نفق الرياح في كل مرة. عندما يتم قياس جميع النقاط للكرة مقاس 6 بوصات ، كرر تجربة مسح التثبيت والضغط لمجالات الاضطراب مقاس 4.987 بوصة و 4 بوصات.

لكل كرة ، قمنا بقياس ضغط الركود عند منفذ الضغط 3 والضغط عند المنافذ الخلفية عبر منفذ الضغط 4 ، والتي يتم طرحها لإعطاء فرق الضغط ، دلتا P. قمنا أيضا بقياس الضغط الكلي لقسم الاختبار ، Pt ، من منفذ الضغط الأول والضغط الساكن ، Ps ، من منفذ الضغط الثاني ، والتي تستخدم لتحديد الضغط الديناميكي للاختبار ، q.

ثم يمكننا حساب الضغط الطبيعي ، والذي يساوي فرق الضغط مقسوما على الضغط الديناميكي. كما تم تسجيل ضغط الهواء ودرجة حرارة تدفق الهواء ، مما يتيح حساب خصائص تدفق الهواء. تذكر أن هناك فتحة في قسم الاختبار ، مما يعني أنها مفتوحة للهواء المحيط. لذلك ، بافتراض عدم وجود تدرج ضغط مجرى في قسم الاختبار ، يمكن استخدام القيمة المطلقة للضغط الساكن المحلي لتدفق التيار الحر كضغط هواء محيط.

يتم الحصول على الكثافة باستخدام قانون الغاز المثالي واللزوجة التي تم الحصول عليها باستخدام صيغة ساذرلاند. بمجرد تحديد كثافة الهواء ولزوجته ، يمكننا حساب رقم رينولدز. نعرض هنا مخططا لرقم رينولدز مقابل فرق الضغط الطبيعي ، دلتا P فوق q.

باستخدام هذه المؤامرة ، يمكننا تحديد رقم رينولدز الحرج لكل كرة ، لأن رقم رينولدز الحرج يتوافق مع قيمة الضغط الطبيعي 1.22. مع كل رقم رينولدز حرج ، يمكننا تقييم عامل الاضطراب ورقم رينولدز الفعال. يرتبط عامل الاضطراب بشدة الاضطراب في نفق الرياح.

باختصار ، تعلمنا كيف يؤثر اضطراب التيار الحر على الاختبار في نفق الرياح. ثم استخدمنا العديد من المجالات الملساء لتحديد عامل الاضطراب وشدة تدفق نفق الرياح وتقييم جودته.

Tags

طريقة مجال الاضطراب جودة تدفق نفق الرياح اختبار الديناميكا الهوائية بيانات نفق الرياح نموذج الاختبار التشابه الديناميكي رقم رينولدز اضطراب التيار الحر قسم اختبار نفق الرياح رقم رينولدز الفعال تجارب الهواء الحر شدة اضطراب التيار الحر الجسم المحدد جيدا أزمة سحب المجال