Querzylindrische Strömung: Messung der Druckverteilung und Einschätzung des Strömungswiderstandskoeffizient

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Cross Cylindrical Flow: Measuring Pressure Distribution and Estimating Drag Coefficients

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08:57 min
April 30, 2023

Übersicht

Quelle: David Guo, College of Engineering, Technology, and Aeronautics (CETA), Southern New Hampshire University (SNHU), Manchester, New Hampshire

Die Druckverteilungen und Zugabschätzungen für den kreuzzylindrischen Fluss werden seit Jahrhunderten untersucht. Durch die ideale inviszide Potentialflusstheorie ist die Druckverteilung um einen Zylinder vertikal symmetrisch. Die Druckverteilung vor und nach dem Zylinder ist ebenfalls symmetrisch, was zu einer Null-Netto-Luftwiderstandskraft führt. Experimentelle Ergebnisse liefern jedoch sehr unterschiedliche Strömungsmuster, Druckverteilungen und Luftwiderstandskoeffizienten. Dies liegt daran, dass die ideale inviszide Potentialtheorie einen irrotationalen Fluss voraussetzt, was bedeutet, dass die Viskosität bei der Bestimmung des Strömungsmusters nicht berücksichtigt oder berücksichtigt wird. Das unterscheidet sich deutlich von der Realität.

In dieser Demonstration wird ein Windkanal verwendet, um eine bestimmte Fluggeschwindigkeit zu erzeugen, und ein Zylinder mit 24 Druckanschlüssen wird verwendet, um Druckverteilungsdaten zu sammeln. Diese Demonstration zeigt, wie sich der Druck einer realen Flüssigkeit, die um einen Kreisförmigen Zylinder fließt, von den vorhergesagten Ergebnissen unterscheidet, basierend auf dem potenziellen Fluss einer idealisierten Flüssigkeit. Der Luftwiderstandskoeffizient wird ebenfalls geschätzt und mit dem vorhergesagten Wert verglichen.

Grundsätze

Verfahren

1. Messung der Druckverteilung um einen Zylinder Entfernen Sie die obere Abdeckung des Prüfabschnitts eines Windkanals, und montieren Sie einen sauberen Aluminiumzylinder (d = 4 in) mit 24 eingebauten Anschlüssen an einem Drehteller (Abbildung 3). Installieren Sie den Zylinder so, dass Port Zero vorgelagert ist (Abbildung 4a). Ersetzen Sie die obere Abdeckung, und schließen Sie die 24 Druckrohre mit der Bezeichnung 0 – 23 an die entsprechenden Anschlüsse auf dem Manometerpanel an. Das Manometer-Panel sollte mit farbigem Öl gefüllt werden, aber in Wasser in markiert werden. Graduierungen (Abbildung 5). Schalten Sie den Windkanal ein und führen Sie ihn mit 60 mph. Zeichnen Sie alle 24 Druckmessungen auf, indem Sie das Manometer lesen. Bei dieser Fluggeschwindigkeit ist die Reynolds-Zahl 1,78 x 105. Das erwartete Strömungsmuster ist in Abbildung 2ddargestellt. Sobald alle Messungen aufgezeichnet wurden, schalten Sie den Windkanal aus und banden zwei Saiten (d = 1 mm) vertikal auf den Zylinder, um den gestörten Zylinder zu erzeugen. Band eine Schnur zwischen den Ports 3 und 4 (- = 52,5°) und die andere zwischen den Ports 20 und 21 (s = 307,5°). Stellen Sie sicher, dass die Ports in der Nähe nicht durch das Band blockiert sind, wie in Abbildung 4bgezeigt. Schalten Sie den Windkanal ein, und wiederholen Sie Schritt 3. Zeichnen Sie alle Druckmessungen auf. Abbildung 3. Gage-Druckmesslayout des querzylindrischen Durchflusses. Abbildung 4. Aufbau des Zylinders im Windkanal (Druckanschlüsse befinden sich in der Mitte des Zylinders). Abbildung 5. Manometer-Panel.

Ergebnisse

Die Experimentellen Ergebnisse für den sauberen und gestörten Zylinder sind in den Tabellen 1 bzw. 2dargestellt. Die Daten können in einem Diagramm des Druckkoeffizienten Cpim Vergleich zur Winkelstellung, b, für einen idealen und realen Durchfluss dargestellt werden, wie in Abbildung 6dargestellt. <tr…

Applications and Summary

Der kreuzzylindrische Fluss wird seit dem 18. Jahrhundert theoretisch und experimentell untersucht. Die Diskrepanzen zwischen den beiden zu finden, ermöglicht es uns, unser Verständnis der Strömungsdynamik zu erweitern und neue Methoden zu erforschen. Die Theorie des Grenzschichtflusses wurde von Prandtl [3] Anfang des 20. Jahrhunderts entwickelt und ist ein gutes Beispiel für die Ausdehnung des invisziden Flusses auf die viszide Strömungstheorie bei der Lösung von D’Alemberts Paradoxon.

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Referenzen

  1. d'Alembert, Jean le Rond (1752), Essai d'une nouvelle théorie de la résistance des fluides
  2. John D. Anderson (2017), Fundamentals of Aerodynamics, 6th Edition, ISBN: 978-1-259-12991-9, McGraw-Hill
  3. Prandtl, Ludwig (1904), Motion of fluids with very little viscosity, 452, NACA Technical Memorandum

Transkript

1. Messung der Druckverteilung um einen Zylinder Entfernen Sie die obere Abdeckung des Prüfabschnitts eines Windkanals, und montieren Sie einen sauberen Aluminiumzylinder (d = 4 in) mit 24 eingebauten Anschlüssen an einem Drehteller (Abbildung 3). Installieren Sie den Zylinder so, dass Port Zero vorgelagert ist (Abbildung 4a). Ersetzen Sie die obere Abdeckung, und schließen Sie die 24 Druckrohre mit der Bezeichnung 0 – 23 an die entsprechenden Anschlüsse auf dem Manometerpanel an. Das Manometer-Panel sollte mit farbigem Öl gefüllt werden, aber in Wasser in markiert werden. Graduierungen (Abbildung 5). Schalten Sie den Windkanal ein und führen Sie ihn mit 60 mph. Zeichnen Sie alle 24 Druckmessungen auf, indem Sie das Manometer lesen. Bei dieser Fluggeschwindigkeit ist die Reynolds-Zahl 1,78 x 105. Das erwartete Strömungsmuster ist in Abbildung 2ddargestellt. Sobald alle Messungen aufgezeichnet wurden, schalten Sie den Windkanal aus und banden zwei Saiten (d = 1 mm) vertikal auf den Zylinder, um den gestörten Zylinder zu erzeugen. Band eine Schnur zwischen den Ports 3 und 4 (- = 52,5°) und die andere zwischen den Ports 20 und 21 (s = 307,5°). Stellen Sie sicher, dass die Ports in der Nähe nicht durch das Band blockiert sind, wie in Abbildung 4bgezeigt. Schalten Sie den Windkanal ein, und wiederholen Sie Schritt 3. Zeichnen Sie alle Druckmessungen auf. Abbildung 3. Gage-Druckmesslayout des querzylindrischen Durchflusses. Abbildung 4. Aufbau des Zylinders im Windkanal (Druckanschlüsse befinden sich in der Mitte des Zylinders). Abbildung 5. Manometer-Panel.