Artículo de método

La medición de la presión en superficie inestable con una pinza de micrófono remoto

DOI:

10.3791/53627

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3 de diciembre de 2016

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1Department of Aerospace and Mechanical Engineering, University of Notre Dame

En este artículo

Resumen

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Aquí, presentamos un protocolo para medir, con alta resolución espacial, la presión superficial inestable en flujos turbulentos. Este método demuestra la construcción de una sonda de micrófono remoto (RMP) y la determinación de su función de transferencia compleja dependiente de la frecuencia. Se presenta y valida una determinación analítica de la respuesta dinámica.

Resumen

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Los micrófonos se utilizan ampliamente para medir las fluctuaciones de presión en las paredes de cuerpos sólidos inmersos en flujos turbulentos. Los movimientos turbulentos con varias escalas de longitud características pueden dar lugar a fluctuaciones de presión en un amplio rango de frecuencias. Esta propiedad de turbulencia requiere que los dispositivos de detección tengan suficiente sensibilidad en una amplia gama de frecuencias. Además, las pequeñas escalas de longitud características de las estructuras turbulentas requieren áreas de detección pequeñas y la capacidad de colocar los sensores muy cerca unos de otros. Las complejas geometrías de los cuerpos sólidos, que a menudo incluyen grandes curvaturas o discontinuidades de la superficie, requieren que la sonda tenga la capacidad de instalarse en espacios muy limitados. En la presente comunicación se describe el desarrollo de una sonda de micrófono remoto, que sea económica, consistente y repetible. Permite la medición de fluctuaciones de presión con alta resolución espacial y respuesta dinámica en una amplia gama de frecuencias. La sonda es lo suficientemente pequeña como para ser colocada dentro del interior de los modelos típicos de túnel de viento. La sonda de micrófono remoto incluye un tubo pequeño, rígido y hueco que penetra en la superficie del modelo para formar el área de detección. Este tubo se conecta a un micrófono estándar, a cierta distancia de la superficie, mediante una unión en "T". Se introduce un método experimental para determinar la respuesta dinámica de la sonda de micrófono remoto. Además, se describe un método analítico para determinar la respuesta dinámica. El método analítico se puede aplicar en la etapa de diseño para determinar las dimensiones y propiedades de los componentes RMP.

Introducción

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El flujo de fluido sobre las superficies generalmente conduce a inestabilidad y turbulencia que da lugar a presión en la superficie inestable (USP). sonido y la vibración inducida por flujo son a menudo un resultado directo de esta inestabilidad. El sonido radiada generada por los ventiladores, hélices y turbinas de viento están dominados por fuentes relacionadas con la USP 1. Las mediciones de las características espaciales y temporales de la USP de flujos turbulentos se requieren en general con el fin de predecir el sonido radiado.

La caracterización estadística de USP se da generalmente en forma de densidad de auto-espectral....

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Protocolo

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1. Preparación de experimentos

  1. Seleccionar un micrófono adecuado para construir la PGR. Use un rango de frecuencia del micrófono dentro de la gama de frecuencias de interés.
    NOTA: En este experimento, las fluctuaciones de presión entre 100 y 10.000 Hz son de interés. El rango de frecuencia de medición del micrófono seleccionado es de 100 a 10.000 Hz. El tamaño del micrófono debe ser lo más pequeño posible, aunque no existen criterios específicos para el tamaño.
  2. Estimar la sensibilidad y respuesta de frecuencia del sistema de gestión de refrigerantes usando el método de análisis descrito en el apéndice. Ajustar la sensibilidad y la res....

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Resultados

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resultados de la calibración de dos diseños representativos de RMP se muestran en esta sección. El primero utiliza un tubo primario de 5,35 cm, y la segunda utiliza un tubo primario 10.4 cm. Las terminaciones disipativas son 4,75 m de largo, tanto para los RMP.

La coherencia entre las fluctuaciones de presión medidos por el micrófono en la RMP y por el micrófono de referencia se muestra en la Figura 3. Los dat.......

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Discusión

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La medición de USP en experimentos en túneles de viento es necesaria para muchas aplicaciones relacionadas con la aeroacústica y las vibraciones inducidas por el flujo. En comparación con los métodos existentes, como los sensores incrustados empotrados, PSP o membranas vibratorias, el método descrito aquí permite mediciones precisas con una alta sensibilidad a la fluctuación de gran magnitud en un amplio rango de frecuencias. Más importante aún, también proporciona un método para las mediciones de USP utilizando un área .......

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Divulgaciones

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Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

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Esta investigación fue posible gracias a la financiación de la Oficina de Investigación Naval con la subvención No. N000141210337, Deborah Nalchajian y Ronald Joslin.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
MicrófonoACO Pacific (http://www.acopacific.com/)7016Se utiliza para medir la presión sonora y calibrar el RMP como referencia.
MicrófonoKnowles (http://www.knowles.com/eng)FG-23629-C36Se utiliza para medir la fluctuación de presión como parte del RMP.
Tubo de microdiámetroSaint-gobain (http://www.biopharm.saint-gobain.com/en/index.asp)Tygon ND 100-80Se utiliza para disipar las ondas sonoras como terminación de disipación.
Microgrupo de tubos hipodérmicos(http://www.microgroup.com/)304H21RWSe utiliza para conectar la derivación de superficie y permitir que la fluctuación de la presión superficial convecte al micrófono en el RMP en forma de sonido.
Tubo hipodérmicoMicroGroup (http://www.microgroup.com/)304H14HSe utiliza para reducir el efecto disipador y permitir que la fluctuación de la presión superficial convecte al micrófono en el RMP en forma de sonido.
plexiglásPlaskolite (http://www.plaskolite.com/)1X76204ASe utiliza para fabricar cunas que pueden conectar el tubo y el micrófono para el RMP.
Chasis de adquisición de datosNational Instruments (http://www.ni.com/)PXI-1006Para la adquisición de datos.
Canal de adquisición de datosNational Instruments (http://www.ni.com/)PXI-4472Para la adquisición de datos.
Generador de funcionesthinkSRS (http://www.thinksrs.com/)DS360Para generar señal de ruido blanco.
PistónfonoB& K (http://www.bksv.com/)4228Para generar ondas sinusoidales con frecuencia constante que se utilizarán para calibrar el micrófono de referencia.
AltavozMackie (http://www.mackie.com/index.html)HD1531Se utiliza para convertir la señal eléctrica de ruido blanco en sonido. Es la fuente de sonido para calibrar el RMP.
MatLabMathworks (http://www.mathworks.com/)Se utiliza para procesar datos experimentales.
LabVIEWNational Instruments (http://www.ni.com/)Utilizado para controlar el hardware para la adquisición de datos y registrar los datos.

Referencias

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  1. Blake, W. K. Mechanics of Flow-induced sound and vibration. , Academic Press. Orlando, FL. (1986).
  2. Schloemer, H. Effects of pressure gradients on turbulent-boundary-layer wall-pressurefluctuations. J Acoust Soc Am. 42 (1), 93-113 (1967).
  3. Willmarth, W., Wooldridge, C.

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