Flujo cilíndrico transversal: medición de la distribución de la presión y estimación de los coeficientes de arrastre

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Cross Cylindrical Flow: Measuring Pressure Distribution and Estimating Drag Coefficients

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08:57 min
April 30, 2023

Descripción

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

Las distribuciones de presión y las estimaciones de arrastre para el flujo cilíndrico cruzado se han investigado durante siglos. Mediante la teoría de flujo potencial inviscida ideal, la distribución de la presión alrededor de un cilindro es verticalmente simétrica. La distribución de presión aguas arriba y aguas abajo del cilindro también es simétrica, lo que resulta en una fuerza de arrastre de red cero. Sin embargo, los resultados experimentales producen patrones de flujo, distribuciones de presión y coeficientes de arrastre muy diferentes. Esto se debe a que la teoría potencial inviscida ideal asume el flujo irrotacional, lo que significa que la viscosidad no se considera ni se tiene en cuenta al determinar el patrón de flujo. Esto difiere significativamente de la realidad.

En esta demostración, se utiliza un túnel de viento para generar una velocidad de aire especificada, y se utiliza un cilindro con 24 puertos de presión para recopilar datos de distribución de presión. Esta demostración ilustra cómo la presión de un fluido real que fluye alrededor de un cilindro circular difiere de los resultados predichos en función del flujo potencial de un fluido idealizado. El coeficiente de arrastre también se estimará y se comparará con el valor predicho.

Principios

Procedimiento

1. Medición de la distribución de la presión alrededor de un cilindro Retire la cubierta superior de la sección de prueba de un túnel de viento y monte un cilindro de aluminio limpio (d 4 pulg.) con 24 puertos incorporados en un plato giratorio(Figura 3). Instale el cilindro de modo que el puerto cero esté orientado aguas arriba(Figura 4a). Vuelva a colocar la cubierta superior y conecte los 24 tubos de presión etiquetados 0 – 23 a los puertos correspondientes en el panel del manómetro. El panel del manómetro debe llenarse con aceite de color pero marcado en el agua en graduaciones (Figura 5). Encienda el túnel de viento y corra a 60 mph. Registre las 24 mediciones de presión leyendo el manómetro. A esta velocidad, el número de Reynolds es 1.78 x 105. El patrón de flujo esperado se muestra en la Figura 2d. Una vez grabadas todas las mediciones, apague el túnel de viento y tape dos cuerdas (d x 1 mm) verticalmente en el cilindro para crear el cilindro perturbado. Tape una cadena entre los puertos 3 y 4 (a 52,5o) y la otra entre los puertos 20 y 21 (a 307,5o). Asegúrese de que los puertos cercanos no estén bloqueados por la cinta, como se muestra en la figura 4b. Encienda el túnel de viento y repita el paso 3. Registre todas las mediciones de presión. Figura 3. Disposición de medición de presión de medición de medición de flujo cilíndrico cruzado. Figura 4. Configuración del cilindro en el túnel de viento (los puertos de presión están en el centro del cilindro). Figura 5. Panel del manómetro.

Resultados

Los resultados experimentales del cilindro limpio y perturbado se muestran en las Tablas 1 y 2,respectivamente. Los datos se pueden trazar en un gráfico del coeficiente de presión, Cp, frente a la posición angular, para un flujo ideal y real como se muestra en la Figura 6. Puerto de pre…

Applications and Summary

El flujo cilíndrico cruzado se ha investigado teórica y experimentalmente desde el siglo XVIII. Encontrar las discrepancias entre los dos nos permite ampliar nuestra comprensión de la dinámica de fluidos y explorar nuevas metodologías. La teoría del flujo de capa límite fue desarrollada por Prandtl [3] a principios del siglo XX, y es un buen ejemplo de la extensión del flujo invinfectado a la teoría del flujo viscid en la resolución de la Paradoja de D’Alembert.

En este experimento, …

Referencias

  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

Transcripción

1. Medición de la distribución de la presión alrededor de un cilindro Retire la cubierta superior de la sección de prueba de un túnel de viento y monte un cilindro de aluminio limpio (d 4 pulg.) con 24 puertos incorporados en un plato giratorio(Figura 3). Instale el cilindro de modo que el puerto cero esté orientado aguas arriba(Figura 4a). Vuelva a colocar la cubierta superior y conecte los 24 tubos de presión etiquetados 0 – 23 a los puertos correspondientes en el panel del manómetro. El panel del manómetro debe llenarse con aceite de color pero marcado en el agua en graduaciones (Figura 5). Encienda el túnel de viento y corra a 60 mph. Registre las 24 mediciones de presión leyendo el manómetro. A esta velocidad, el número de Reynolds es 1.78 x 105. El patrón de flujo esperado se muestra en la Figura 2d. Una vez grabadas todas las mediciones, apague el túnel de viento y tape dos cuerdas (d x 1 mm) verticalmente en el cilindro para crear el cilindro perturbado. Tape una cadena entre los puertos 3 y 4 (a 52,5o) y la otra entre los puertos 20 y 21 (a 307,5o). Asegúrese de que los puertos cercanos no estén bloqueados por la cinta, como se muestra en la figura 4b. Encienda el túnel de viento y repita el paso 3. Registre todas las mediciones de presión. Figura 3. Disposición de medición de presión de medición de medición de flujo cilíndrico cruzado. Figura 4. Configuración del cilindro en el túnel de viento (los puertos de presión están en el centro del cilindro). Figura 5. Panel del manómetro.