Experimentelle Untersuchung der Strömung Struktur über eine Delta-Flügel über Flow Visualisierungsmethoden

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments ist es, instationäre wirbelförmige Strömungen über einem Deltaflügel mit Hilfe von Visualisierungstechniken zu beobachten und den Mechanismus zu untersuchen, der für die Oszillationen der Wirbelaufbruchstellen an der Vorderkante verantwortlich ist. Diese Methode kann dazu beitragen, Schlüsselfragen des instationären Strömungsphänomens eines Zylinderdeltaflügels zu beantworten, wie z. B. die Oszillation der Vorderkante der Scheitelpunktdurchbruchstelle. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass das großskalige globale Vortex-Strömungsfeld und die kleinskaligen zellulären Substrukturen gleichzeitig dargestellt werden können.

Beginnen Sie mit dem Modell für das Experiment. Für dieses Experiment handelt es sich bei dem Modell um einen 280 Millimeter langen Deltaflügel aus Aluminium. Nehmen Sie das Modell mit, um es in den Windkanal zu montieren, der mit geschlossenem Kreislauf und niedriger Geschwindigkeit betrieben wird.

Die Teststrecke ist mit Glaswänden versehen, um den optischen Zugang für das Experiment zu ermöglichen. Hier wurde der Deltaflügel fachgerecht im Windkanal montiert. Zwei Laser können die Strömungsstrukturen beleuchten, ein Dual-Puls-Laser mit 532 Nanometern bei der Particle Image Velocimetrie oder ein Dauerstrichlaser mit 532 Nanometern bei der Visualisierung der Rauchströmung.

Dieses Schema gibt Aufschluss über den optischen Aufbau mit dem kontinuierlichen Laser. Eine konvexe Linse steuert die Größe des Laserstrahls. Eine zylindrische Linse dehnt den Strahl zu einem Blech aus.

Ein Spiegel reflektiert das Laserblech in den Windkanal. Tragen Sie eine entsprechende Laserbrille und beginnen Sie mit dem kontinuierlichen Laser. Reduzieren Sie aus Sicherheitsgründen die Strahldurchlässigkeit mit einem Neutraldichtefilter.

Beginnen Sie damit, dass nur der Laser, der Filter und der Spiegel an Ort und Stelle sind. Stellen Sie den Spiegel so ein, dass der Strahl in den Windkanal eingeführt wird. Stellen Sie sicher, dass der Balken das Modell in etwa 1/4 der Länge des Modells hinter seiner Vorderseite schneidet.

Installieren Sie als Nächstes die konvexe Linse und die zylindrische Linse. Messen Sie dann am Modell die Laserlinie, die es schneidet, um die Dicke des Laserblechs zu überprüfen. Passen Sie die konvexe Linse nach Bedarf an.

Stoppen Sie die Anpassungen, wenn die gewünschte Dicke erreicht ist. Platzieren Sie eine Kalibrierzielplatte auf dem Deltaflügel, deren Oberfläche mit dem Laserblech zusammenfällt. Wenn der Laser ausgeschaltet ist, fahren Sie mit dem Einrichten der Kamera fort.

Verwenden Sie eine handelsübliche Digitalkamera zur Visualisierung des Rauchstroms und bedienen Sie diese manuell. Platzieren Sie die Kamera so, dass sie das gewünschte Sichtfeld erhält, und fokussieren Sie sie auf die Kalibrierungszielplatte. Wenn die Kamera bereit ist, nehmen Sie mehrere Bilder zu Kalibrierungszwecken auf.

Entfernen Sie dann die Kalibrierzielplatte. Schalten Sie den Windkanal bei niedriger Geschwindigkeit ein und spritzen Sie Ölpartikel ein, um ihn gleichmäßig zu platzieren. Um den Rauchstrom zu visualisieren, schalten Sie den Windkanal auf die gewünschte Geschwindigkeit ein.

Schalten Sie anschließend den kontinuierlichen Laser ohne Filter ein. Nehmen Sie mit der Kamera fünf bis 10 Schnappschüsse der Strömungsstruktur auf. Verwenden Sie die Bilder, um zu überprüfen, ob sich das Laserblech im Längsquerschnitt des Wirbelkerns der Vorderkante befindet.

Dieses Beispielbild zeigt einen klaren Wirbelkern und Subkonstruktionen, die auf eine gut positionierte Laserplatte hinweisen. Passen Sie die Kameraeinstellungen nach Bedarf für die Bildqualität an und nehmen Sie Bilder und Videos auf. Wenn Sie fertig sind, schalten Sie den Luftstrom aus und nähern Sie sich dem Modell.

Markieren Sie dort die Position des Laserblechs als Referenz für spätere Messungen. Schalten Sie zum Schluss den Laser aus und übertragen Sie die Daten auf den Computer. Für diese Messung wird ein anderer Laser benötigt.

Ersetzen Sie den kontinuierlichen Laser durch den gepulsten Laser. Überprüfen Sie bei eingeschaltetem Laser seinen Weg und stellen Sie gegebenenfalls die konvexe Linse ein. Stellen Sie sicher, dass der Strahl das Modell entlang der Linie schneidet, die die Position des kontinuierlichen Lasers markiert.

Tauschen Sie auch die Digitalkamera aus. Ersetzen Sie sie durch eine Hochgeschwindigkeits-CCD-Kamera. Steuern Sie die Kamera mit dem Synchronizer und dem Dual-Puls-Laser.

Gehen Sie nun zum Modell und identifizieren Sie einen Bereich, in dem Strukturen beobachtet werden können. Platzieren Sie erneut eine Kalibrierungszielplatte auf dem Flügel in diesem Bereich. Fokussieren Sie auf die Kalibrierplatte und machen Sie mehrere Fotos.

Entfernen Sie die Kalibrierplatte, bevor Sie fortfahren. Starten Sie die PIV-Software und stellen Sie die Parameter ein. Starten Sie die Strömung im Windkanal mit der gewünschten Geschwindigkeit.

Stellen Sie den Laser auf die höchste Leistungsstufe ein. Verwenden Sie die Software, um die Datenerfassung für 100 Sekunden zu starten. Wenn die erfassten Bilder akzeptabel sind, speichern Sie sie, und fahren Sie mit dem Ausführen anderer Fälle fort.

Dabei handelt es sich um ein aufbereitetes Bild des Längsquerschnitts aus der Rauchströmungsvisualisierung. Als Referenz dient eine 10-Millimeter-Skala. Das Bild zeigt den primären Wirbelkern der Vorderkante, die aufrollende Scherschicht mit wirbelförmigen Unterkonstruktionen, den Wirbelaufbruch und den turbulenten Nachlauf.

Dieses Video zeigt die Schwingungen der Wirbeldurchbruchsstellen an der Vorderkante in den Querschnitten des Transfers. Die Analyse der gemessenen Durchbruchsstellen für jeden Zeitpunkt deutet auf eine starke antisymmetrische Wechselwirkung hin. Dies ist ein zeitlich gemitteltes Ergebnis der Partikelbildgeschwindigkeit, das die dimensionslose Vorticity im Längsquerschnitt zeigt.

Der primäre Wirbelkern ist an der Wendelinie der positiven und negativen Vorticity zu erkennen, die durch die schwarze gestrichelte Linie markiert ist. Durchgezogene Linien umkreisen Bereiche mit einer lokalen Drallstärke kleiner als Null, was auf Scherschichtwirbel hinweist. Zusätzliche Unterkonstruktionen sind von weiß gestrichelten Linien umgeben.

Dieses zeitlich gemittelte Partikelbild-Velocimetrie-Vorticity-Ergebnis liegt im spanenweisen Querschnitt. Die Strömung löst sich von der Eintrittskante, bildet eine Scherschicht und rollt auf beiden Seiten des Flügels in den Wirbelkern. Innerhalb der Schubschichten befinden sich stationäre wirbelförmige Unterkonstruktionen.

Einmal gemeistert, kann diese Technik in einer Stunde durchgeführt werden, wenn sie angemessen ausgeführt wird. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie das Phänomen der instationären Strömung eines Zylinderdeltaflügels mit den oben genannten Strömungsvisualisierungstechniken beobachten können. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Lasern äußerst gefährlich sein kann und dass bei jedem Experiment immer Vorsichtsmaßnahmen wie das Tragen einer Laserschutzbrille getroffen werden sollten.