Método esfera de turbulencia: Evaluación de la calidad del flujo del túnel de viento
8,686 Views
Overview
Fuente: José Roberto Moreto y Xiaofeng Liu, Departamento de Ingeniería Aeroespacial, Universidad Estatal de San Diego, San Diego, CA
Las pruebas de túnel de viento son útiles en el diseño de vehículos y estructuras que se someten a flujo de aire durante su uso. Los datos del túnel de viento se generan aplicando un flujo de aire controlado a un modelo del objeto que se está estudiando. El modelo de prueba suele tener una geometría similar, pero es una escala más pequeña en comparación con el objeto de tamaño completo. Para garantizar que se recopilen datos precisos y útiles durante las pruebas de túnel de viento de baja velocidad, debe haber una similitud dinámica del número de Reynolds entre el campo de flujo de túnel sobre el modelo de prueba y el campo de flujo real sobre el objeto de tamaño completo.
En esta demostración, se analizará el flujo del túnel de viento sobre una esfera lisa con características de flujo bien definidas. Debido a que la esfera tiene características de flujo bien definidas, se puede determinar el factor de turbulencia para el túnel de viento, que correlaciona el número efectivo de Reynolds con el número de Reynolds de prueba, así como la intensidad de turbulencia de corriente libre del túnel de viento.
Principles
Para mantener la similitud dinámica en los flujos de baja velocidad, el número Reynolds de un experimento debe ser el mismo que el número De Reynolds del fenómeno de flujo que se está estudiando. Sin embargo, los experimentos realizados en diferentes túneles de viento y en aire libre, incluso en el mismo número de Reynolds, podrían proporcionar resultados diferentes. Estas diferencias pueden atribuirse al efecto de la turbulencia de la corriente libre dentro de la sección de prueba del túnel de viento, que podría ser percibida como un “número de Reynolds efectivo” más alto para la prueba del túnel de viento [1].
Un método simple que se utiliza para obtener el número efectivo de Reynolds para un túnel de viento y estimar su intensidad de turbulencia es el uso de la esfera de turbulencia. Este método obtiene una medición indirecta de la intensidad de turbulencia determinando el factor de turbulencia del túnel de viento. El factor de turbulencia, TF, correlaciona el número de Reynolds efectivo, Reff, con el número de túnel Reynolds, Retest, como
La intensidad de la turbulencia se puede medir directamente mediante un estudio de campo de flujo de velocimetría de revestimiento de hilo caliente, velocimetría doppler láser o imagen de partícula. Antes de la introducción de estos métodos de medición directa, una esfera de turbulencia era la forma principal de medir la turbulencia relativa de un túnel de viento. Dado que los métodos directos suelen llevar mucho tiempo y son costosos, el método de esfera de turbulencia convencional sigue siendo una alternativa rápida y económica para medir la calidad del flujo de aire.
El método de la esfera de turbulencia se basa en dos resultados empíricos: la crisis de arrastre de esfera y la fuerte correlación entre el número crítico de Reynolds, Rec, y la intensidad de la turbulencia de flujo. La crisis de arrastre se refiere al fenómeno que el coeficiente de arrastre de la esfera, Cd, se desprende repentinamente debido al desplazamiento hacia atrás del punto de separación de flujo. Cuando el flujo alcanza el número crítico de Reynolds, la transición de la capa límite del flujo laminar al flujo turbulento se produce muy cerca del borde delantero de la esfera. Esta transición temprana provoca una separación de flujo retardada porque la capa límite turbulenta es más capaz de negociar un gradiente de presión adverso para una distancia más larga y, por lo tanto, es menos propensa a la separación que la capa límite laminar. La separación retardada promueve una mejor recuperación de la presión, lo que reduce el tamaño de la estela y la resistencia a la presión y disminuye significativamente el arrastre general.
Las esferas de turbulencia utilizadas en esta demostración tienen un grifo de presión en el borde delantero y cuatro grifos de presión en puntos situados a 22,5o del borde de arrastre. Se investigarán tres esferas con diámetros de 4.0, 4.987 y 6.0 in, respectivamente. Para una esfera suave, el número crítico de Reynolds está bien definido y se produce cuando CD es 0,3. Esto corresponde a un valor deP/q a 1.220, dondeP es la diferencia entre la presión media medida en los cuatro puertos de presión trasera y la presión de estancamiento en el borde delantero de la esfera, y q es el flujo dinámico dinámico Presión.
Mientras que Rec está bien definido por CD yP/q, depende en gran medida de la turbulencia del flujo. Esta demostración utilizando esferas se puede utilizar para definir el factor de turbulencia. Las primeras mediciones de vuelo encontraron que en la atmósfera libre, Rec a 3,85 x 105 para una esfera suave. La crítica de aire libre Reynolds está correlacionada con la turbulencia del túnel de viento mediante la siguiente ecuación:
Procedure
1. Preparación de la esfera de turbulencia en el túnel de viento
- Conecte el tubo pitot del túnel de viento al puerto #1 en el escáner de presión y conecte el puerto de presión estática al puerto #2 en el escáner de presión.
- Bloquee el equilibrio externo.
- Fije el puntal de la esfera al soporte de la balanza dentro del túnel de viento.
- Instale la esfera con 6 de diámetro.
- Conecte el grifo de presión de vanguardia al puerto #3 en el escáner de presión y conecte los cuatro grifos de presión de popa al puerto #4 del escáner de presión.
- Fije la línea de suministro de aire al regulador de presión y ajuste la presión a 65 psi.
- Conecte el colector del escáner de presión a la línea de presión.
- Inicie el sistema de adquisición de datos y el escáner de presión. Asegúrese de encenderlos al menos 20 minutos antes de la prueba.
- Estimar la presión dinámica máxima basada en el número crítico
de Reynolds al aire libre para una esfera suave: . Consulte las Tablas 1 y 2 para conocer los parámetros de prueba recomendados. - Defina el rango de prueba de presión dinámica de 0 a qmáx. y defina los puntos de prueba dividiendo el rango en 15 intervalos.
Tabla 1. Parámetros para la primera prueba.
| Diámetro de la esfera (pulg.) | qMin [en H2O] | qMax [en H2O] |
| 4 | 4 | 6 |
| 4.987 | 2 | 3.4 |
| 6 | 1 | 2.4 |
Cuadro 2. Parámetros para la segunda prueba.
| Diámetro de la esfera (pulg.) | qMin [en H2O] | qMax [en H2O] |
| 4 | 3.4 | 7.2 |
| 4.987 | 1.3 | 5.1 |
| 6 | — | — |
2. Realización de la estabilización y medición del escaneo de presión
- Lea la presión barométrica y la temperatura ambiente y registre los valores.
- Aplique las correcciones a la presión barométrica utilizando ecuaciones proporcionadas por el fabricante del manómetro.
- Configure el software de adquisición de datos y conéctelo al escáner de presión, estableciendo la dirección IP adecuada.
- Inserte los siguientes comandos presionando intro después de cada comando.
>calz
>establecer chan1 0
>establecer chan 1-1..1-4
>establecer fps 10 - Compruebe que la sección de prueba y el túnel de viento estén libres de escombros.
- Cierre las puertas de la sección de prueba.
- Establezca el marcado rápido del túnel de viento en cero.
- Encienda el túnel de viento y el sistema de enfriamiento del túnel de viento.
- Con la velocidad del viento a 0 mph, inicie la grabación de datos y, a continuación, inserte el siguiente comando para escanear la presión:
>Escanear - Registre la temperatura del aire del túnel de viento.
- Aumente la velocidad del viento hasta la siguiente presión dinámica del punto de prueba tal como se define en el paso 1.10.
- Espere hasta que la velocidad del aire se estabilice, luego repita los pasos 2.9 – 2.11 hasta que se ejecute el último punto de prueba.
- Reduzca lentamente la velocidad del aire a cero.
- Cuando se hayan medido todos los puntos, sustituya el 6 en esfera por la siguiente esfera siguiendo los pasos 1.2 – 1.5.
- Repita los pasos de 2.3 a 2.14 para repetir los experimentos de estabilización y escaneo de presión.
- Espere a que el túnel de viento se enfríe después de que se ejecute la prueba para las tres esferas.
- Apague el túnel de viento y el software de adquisición de datos.
En las pruebas aerodinámicas, los túneles de viento son invaluables para determinar las propiedades aerodinámicas de varios objetos y aviones escalados. Los datos del túnel de viento se generan mediante la aplicación de un flujo de aire controlado a un modelo de prueba, que se monta dentro de la sección de prueba. El modelo de prueba normalmente tiene una geometría similar, pero a una escala menor, en comparación con el objeto real.
Para garantizar la utilidad de los datos generados en las pruebas de túnel de viento, debemos garantizar la similitud dinámica entre el campo de flujo del túnel de viento y el campo de flujo real sobre el objeto real. Para mantener la similitud dinámica, el número De Reynolds del experimento del túnel de viento debe ser el mismo que el número Reynolds del fenómeno de flujo que se está probando.
Sin embargo, los experimentos realizados en túneles de viento o en aire libre incluso con el mismo número de Reynolds de prueba pueden proporcionar resultados diferentes debido a los efectos de la turbulencia de flujo libre dentro de la sección de prueba del túnel de viento. Estas diferencias pueden ser percibidas como un número de Reynolds efectivo más alto para el túnel de viento. Entonces, ¿cómo correlacionamos las pruebas en el túnel de viento con los experimentos de aire libre?
Podemos estimar la intensidad de la turbulencia de la corriente libre en el túnel de viento utilizando un objeto bien definido con un comportamiento de flujo conocido, como una esfera. Este método se denomina método de esfera de turbulencia. El método de la esfera de turbulencia se basa en la condición bien estudiada llamada crisis de arrastre de esfera.
La crisis de arrastre de esfera describe el fenómeno en el que el coeficiente de arrastre de una esfera cae repentinamente a medida que el número Reynolds alcanza un valor crítico. Cuando el flujo alcanza el número crítico de Reynolds, la capa límite pasa de laminar a turbulenta muy cerca del borde delantero de la esfera. Esta transición, en comparación con el flujo a un número bajo de Reynolds, provoca una separación retardada del flujo y una estela turbulenta más delgada y, por lo tanto, disminuye la resistencia aerodinámica.
Por lo tanto, podemos medir el coeficiente de arrastre de una esfera en un rango de números de Reynolds de prueba para determinar el número crítico de Reynolds. Esto nos permite determinar el factor de turbulencia, que correlaciona el número de Reynolds de prueba con el número de Reynolds efectivo.
En este experimento, demostraremos el método de esfera de turbulencia utilizando un túnel de viento y varias esferas de turbulencia diferentes con grifos de presión incorporados.
Este experimento utiliza un túnel de viento aerodinámico, así como varias esferas de turbulencia con diámetro variable para determinar el nivel de turbulencia del flujo de flujo de flujo libre en la sección de prueba del túnel. Las esferas de turbulencia, cada una con un grifo de presión en el borde delantero, así como 4 grifos de presión situados a 22,5o del borde de arrastre, tienen características de flujo bien definidas, que nos ayudan a analizar la turbulencia en el túnel de viento.
Para configurar el experimento, conecte primero el tubo pitot del túnel de viento al puerto 1 del escáner de presión. A continuación, conecte el puerto de presión estática del túnel de viento al puerto número 2. Ahora, bloquea el saldo externo. Fije el puntal de la esfera en el soporte de la balanza dentro del túnel de viento.
A continuación, instale el 6 en la esfera. Conecte el grifo de presión del borde delantero al puerto 3 del escáner de presión y conecte los cuatro grifos de presión de popa al puerto 4. Conecte la línea de suministro de aire al regulador de presión y ajuste la presión a 65 psi. A continuación, conecte el colector del escáner de presión a la línea de presión regulada a 65 psi.
Inicie el sistema de adquisición de datos y el escáner de presión. Mientras que el sistema se equilibra, estimar la presión dinámica máxima, q max, necesaria para la prueba basada en el número crítico de Reynolds al aire libre para una esfera suave.
Aquí, enumeramos los parámetros de prueba recomendados para la primera y segunda prueba de cada esfera. Ahora, usando estos parámetros, defina el rango de prueba de presión dinámica de cero a q max y, a continuación, defina los puntos de prueba dividiendo el rango en 15 intervalos.
Antes de ejecutar el experimento, lea la presión barométrica en la sala y registre el valor. Además, lea la temperatura ambiente y registre su valor. Aplique las correcciones a la presión barométrica utilizando la temperatura ambiente y la geolocalización utilizando ecuaciones suministradas por el fabricante del manómetro.
Ahora, configure el software de adquisición de datos abriendo primero el programa de escaneo. A continuación, conecte el software DSM 4000, que lee y calibra la señal del sensor de presión, configurando la dirección IP adecuada y presionando connect. Inserte los comandos como se muestra, que son definidos por el fabricante, recordando presionar enter después de cada comando.
Ahora que el software está listo, compruebe que la sección de prueba y el túnel de viento estén libres de escombros y piezas sueltas. A continuación, cierre las puertas de la sección de prueba y compruebe que la velocidad del túnel de viento esté establecida en cero. Encienda el túnel de viento y, a continuación, encienda el sistema de refrigeración del túnel de viento.
Con la velocidad del viento igual a cero, comience a registrar datos en el sistema de adquisición de datos y, a continuación, escriba el escaneo de comandos para iniciar la medición de presión. A continuación, registre la temperatura del túnel de viento. Dado que la velocidad del viento está directamente relacionada con la presión dinámica, aumente la velocidad del viento hasta llegar al siguiente punto de prueba de presión dinámica. A continuación, espere hasta que la velocidad del aire se estabilice y comience de nuevo el escaneo de presión. Asegúrese de registrar la temperatura del túnel de viento. Continúe el experimento realizando un escaneo de presión en cada uno de los puntos de presión dinámicos, registrando la temperatura del túnel de viento cada vez. Cuando se hayan medido todos los puntos para la esfera de 6 pulgadas, repita el experimento de estabilización y escaneo de presión para las esferas de turbulencia de 4.987 pulgadas y 4 pulgadas.
Para cada esfera, medimos la presión de estancamiento en el puerto de presión 3 y la presión en los puertos de popa a través del puerto de presión 4, que se restan para dar la diferencia de presión, delta P. También medimos la presión total de la sección de prueba, Pt, desde el puerto de presión uno y la presión estática, Ps, desde el puerto de presión dos, que se utilizan para determinar la presión dinámica de prueba, q.
Entonces podemos calcular la presión normalizada, que es igual a la diferencia de presión dividida por la presión dinámica. También se registraron la presión del aire y la temperatura del flujo de aire, lo que permite el cálculo de las propiedades del flujo de aire. Recuerde que hay una ranura en la sección de prueba, lo que significa que está abierta al aire ambiente. Por lo tanto, suponiendo que no hay gradiente de presión en la corriente en la sección de prueba, el valor absoluto de la presión estática local del flujo de flujo libre se puede utilizar como presión de aire ambiente.
La densidad se obtiene utilizando la ley de gas ideal y la viscosidad obtenida utilizando la fórmula de Sutherland. Una vez que se haya determinado la densidad y viscosidad del aire, podemos calcular el número de Reynolds. Aquí mostramos una gráfica del número Reynolds versus la diferencia de presión normalizada, delta P sobre q.
Usando esta gráfica, podemos determinar el número crítico de Reynolds para cada esfera, ya que el número crítico de Reynolds corresponde a un valor de presión normalizado 1.22. Con cada número crítico de Reynolds, podemos evaluar el factor de turbulencia y el número de Reynolds efectivo. El factor de turbulencia está correlacionado con la intensidad de la turbulencia en el túnel de viento.
En resumen, aprendimos cómo la turbulencia de flujo libre afecta a las pruebas en un túnel de viento. A continuación, utilizamos varias esferas lisas para determinar el factor de turbulencia y la intensidad del flujo del túnel de viento y evaluar su calidad.
Results
Para cada esfera, se midieron la presión de estancamiento y la presión en los puertos de popa. La diferencia entre estos dos valores da la diferencia de presión,P. También se midieron la presión total, Pt, y la presión estática, Ps, de la sección de ensayo, que se utilizan para determinar la presión dinámica de prueba, q – Pt – Ps, y la normalizada presión 
. También se registró la presión de aire ambiente, La presión de aire Pamby la temperatura del flujo de aire para calcular las propiedades del flujo de aire, incluida la densidad del aire, la pruebay la viscosidad, laprueba. La densidad se obtiene utilizando la ley de gas ideal, y la viscosidad se obtiene utilizando la fórmula de Sutherland. Una vez que se determina la densidad del aire y la viscosidad, se puede calcular el número de Reynolds de prueba.
Al trazar el número de Reynolds de prueba con respecto a la diferencia de presión normalizada, se determinó el número crítico de Reynolds para cada esfera (Figura 1). El número crítico de Reynolds corresponde a un valor de presión normalizado de 1.220. Las tres curvas para las tres esferas proporcionan una estimación más precisa del número crítico de Reynolds, túnel ReC,porque se utiliza un valor promediado. Con la estimación del túnel ReC, el factor de turbulencia, TFy el número de Reynolds efectivo se pueden determinar de acuerdo con las siguientes ecuaciones:
Y
Figura 1. Número de Reynolds crítico para cada esfera.
Applications and Summary
Las esferas de turbulencia se utilizan para determinar el factor de turbulencia del túnel de viento y estimar la intensidad de la turbulencia. Este es un método muy útil para evaluar la calidad del flujo de un túnel de viento porque es simple y eficiente. Este método no mide directamente las fluctuaciones de velocidad y velocidad del aire, como la anemometría de hotwire o la velocimetría de imagen de partículas, y no puede proporcionar un estudio completo de la calidad del flujo del túnel de viento. Sin embargo, un estudio completo es extremadamente engorroso y caro, por lo que no es adecuado para comprobaciones periódicas de la intensidad de turbulencia del túnel de viento.
El factor de turbulencia se puede comprobar periódicamente, como después de realizar pequeñas modificaciones en el túnel de viento, para medir la calidad del flujo. Estas comprobaciones rápidas pueden indicar la necesidad de un estudio completo de turbulencia de flujo. Otra información importante obtenida del factor de turbulencia es el número efectivo de Reynolds del túnel de viento. Esta corrección en el número Reynolds es importante para garantizar la similitud dinámica y la utilidad de los datos obtenidos de modelos escalados y su aplicación a objetos a escala completa.
El principio de la esfera de turbulencia también se puede utilizar para estimar el nivel de turbulencia en otros entornos además de la sección de prueba del túnel de viento. Por ejemplo, este método se puede utilizar para medir la turbulencia a bordo. Una sonda de turbulencia se puede desarrollar sobre la base de los principios de la esfera de turbulencia e instalarse en aviones para medir los niveles de turbulencia en la atmósfera en tiempo real [2].
Otra aplicación es el estudio de las estructuras de flujo durante un huracán. Las mediciones in situ del flujo dentro de un huracán pueden ser extremadamente peligrosas y complicadas de obtener. Métodos como la anemometría hotwire y la velocimetría de imagen de partículas son inalcanzables en estas condiciones. El principio de la esfera de turbulencia se puede utilizar para hacer un sistema de medición prescindible que se puede colocar en una región propensa a huracanes para medir la turbulencia de flujo dentro de un huracán de forma segura y a un bajo costo [3].
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
| Equipo | |||
| Túnel de viento de baja velocidad | Sdsu | Tipo de retorno cerrado con velocidades en el rango de 0-180 mph | |
| Tamaño de la sección de prueba 45W-32H-67L pulgadas | |||
| Esferas lisas | Sdsu | Tres esferas, diámetros 4″, 4.987″, 6″ | |
| Escáner de presión en miniatura | Scanivalve | ZOC33 | |
| Módulo de servicio digital | Scanivalve | DSM4000 | |
| Barómetro | |||
| Manómetro | Meriam Instrument Co. | 34FB8 | Manómetro de agua con alcance de 10″. |
| Termómetro |
References
- Barlow, Rae and Pope. Low speed wind tunnel testing, John Wiley & Sons, 1999.
- Crawford T.L. and Dobosy R.J. Boundary-Layer Meteorol. 1992. 59; 257-78.
- Eckman R.M., Dobosy R.J., Auble D.L., Strong T.W., and Crawford T.L. J. Atmos. Ocean. Technol. 2007; 24; 994-1007.
Transcript
In aerodynamics testing, wind tunnels are invaluable to determining the aerodynamic properties of various objects and scaled aircraft. Wind tunnel data is generated by applying a controlled flow of air to a testing model, which is mounted inside the test section. The testing model typically has similar geometry, but at a smaller scale, as compared to the real object.
In order to ensure usefulness of the data generated in wind tunnel tests, we must ensure dynamic similarity between the wind tunnel flow field and the actual flow field over the real object. To maintain dynamic similarity, the Reynolds number of the wind tunnel experiment must be the same as the Reynolds number of the flow phenomenon being tested.
However, experiments performed in wind tunnels or in free-air even with the same test Reynolds number can provide different results due to the effects of free-stream turbulence inside the wind tunnel test section. These differences may be perceived as a higher effective Reynolds number for the wind tunnel. So how do we correlate testing in the wind tunnel to free-air experiments?
We can estimate the intensity of the free-stream turbulence in the wind tunnel using a well-defined object with known flow behavior, like a sphere. This method is called the turbulence sphere method. The turbulence sphere method relies on the well-studied condition called the sphere drag crisis.
The sphere drag crisis describes the phenomenon where the drag coefficient of a sphere suddenly drops as the Reynolds number reaches a critical value. When the flow reaches the critical Reynolds number, the boundary layer transitions from laminar to turbulent very close to the leading edge of the sphere. This transition, as compared to flow at a low Reynolds number, causes delayed flow separation and a thinner turbulent wake and thus decreased drag.
Therefore, we can measure the drag coefficient of a sphere at a range of test Reynolds numbers to determine the critical Reynolds number. This enables us to determine the turbulence factor, which correlates the test Reynolds number to the effective of Reynolds number.
In this experiment, we will demonstrate the turbulence sphere method using a wind tunnel and several different turbulence spheres with built-in pressure taps.
This experiment utilizes an aerodynamic wind tunnel as well as several turbulence spheres with varying diameter to determine the turbulence level of the free-stream flow in the tunnel test section. The turbulence spheres, each with a pressure tap at the leading edge as well as 4 pressure taps located 22.5° from the trailing edge, have well-defined flow characteristics, which help us analyze turbulence in the wind tunnel.
To set up the experiment, first connect the wind tunnel pitot tube to pressure scanner port number 1. Then, connect the wind tunnel static pressure port to port number 2. Now, lock the external balance. Fix the sphere strut in the balance support inside the wind tunnel.
Then, install the 6 in sphere. Connect the leading edge pressure tap to the pressure scanner port number 3 and connect the four aft pressure taps to port 4. Connect the air supply line to the pressure regulator, and set the pressure to 65 psi. Then, connect the manifold of the pressure scanner to the pressure line regulated at 65 psi.
Start up the data acquisition system and pressure scanner. While the system equilibrates, estimate the maximum dynamic pressure, q max, necessary for the test based on the free-air critical Reynolds number for a smooth sphere.
Here, we list the recommended test parameters for the first and second test of each sphere. Now, using these parameters, define the dynamic pressure test range from zero to q max, and then define the test points by dividing the range into 15 intervals.
Before running the experiment, read the barometric pressure in the room and record the value. Also, read the room temperature and record its value. Apply the corrections to the barometric pressure using the room temperature and the geolocation using equations supplied by the manometer manufacturer.
Now, set up the data acquisition software by first opening the scanning program. Then, connect the software DSM 4000, which reads and calibrates the signal from the pressure sensor, by setting the proper IP address and pressing connect. Insert the commands as shown, which are defined by the manufacturer, remembering to press enter after each command.
Now that the software is ready, check to make sure that the test section and wind tunnel are free from debris and loose parts. Then, close the test section doors and check to see that the wind tunnel speed is set to zero. Turn on the wind tunnel, and then turn on the wind tunnel cooling system.
With the wind speed equal to zero, start recording data on the data acquisition system, then type the command scan to start pressure measurement. Then, record the wind tunnel temperature. Since wind speed is directly related to the dynamic pressure, increase the wind speed until you reach the next dynamic pressure test point. Then, wait until the air speed stabilizes and commence the pressure scan again. Be sure to record the wind tunnel temperature. Continue the experiment by conducting a pressure scan at each of the dynamic pressure points, recording the wind tunnel temperature each time. When all points have been measured for the 6-inch sphere, repeat the stabilization and pressure scan experiment for the 4.987 inch and 4-inch turbulence spheres.
For each sphere, we measured the stagnation pressure at pressure port 3 and the pressure at the aft ports via pressure port 4, which are subtracted to give the pressure difference, delta P. We also measured the test section total pressure, Pt, from pressure port one and the static pressure, Ps, from pressure port two, which are used to determine the test dynamic pressure, q.
Then we can calculate the normalized pressure, which is equal to the pressure difference divided by the dynamic pressure. The air pressure and the airflow temperature were also recorded, enabling the calculation of airflow properties. Recall that there is a slot in the test section, meaning that it is open to ambient air. Therefore, assuming that there is no streamwise pressure gradient in the test section, the absolute value of the local static pressure of the free-stream flow can be used as the ambient air pressure.
The density is obtained using the ideal gas law and the viscosity obtained using Sutherland’s formula. Once the air density and viscosity have been determined, we can calculate the Reynolds number. Here we show a plot of the Reynolds number versus the normalized pressure difference, delta P over q.
Using this plot, we can determine the critical Reynolds number for each sphere, since the critical Reynolds number corresponds to a normalized pressure value 1.22. With each critical Reynolds number, we can evaluate the turbulence factor and the effective Reynolds number. The turbulence factor is correlated to the intensity of the turbulence in the wind tunnel.
In summary, we learned how the free-stream turbulence affects testing in a wind tunnel. We then used several smooth spheres to determine the turbulence factor and intensity of the wind tunnel flow and evaluate its quality.
Tags
Rendimiento aerodinámico en un modelo de avión: El DC-6B
Aeronautical Engineering
8.3K Vistas
Caracterización de la hélice: Variaciones en el paso, el diámetro y el número de palas en el rendimiento
Aeronautical Engineering
26.4K Vistas
Comportamiento de la superficie aerodinámica: Distribución de la presión en un ala Clark Y-14
Aeronautical Engineering
21.1K Vistas
Rendimiento del ala Clark Y-14: Despliegue de dispositivos de elevación alta (Flaps y Slats)
Aeronautical Engineering
13.4K Vistas
Método esfera de turbulencia: Evaluación de la calidad del flujo del túnel de viento
Aeronautical Engineering
8.7K Vistas
Flujo cilíndrico transversal: medición de la distribución de la presión y estimación de los coeficientes de arrastre
Aeronautical Engineering
16.2K Vistas
Análisis de boquillas: variaciones en el número de Mach y la presión a lo largo de una boquilla convergente y una convergente-divergente
Aeronautical Engineering
37.9K Vistas
Fotografías de Schlieren: Una técnica para visualizar las características del flujo supersónico
Aeronautical Engineering
11.6K Vistas
Visualización del flujo en un túnel de agua: Observación del vórtice en el borde de ataque sobre un ala Delta
Aeronautical Engineering
8.1K Vistas
Visualización del flujo de tinte superficial: Un método cualitativo para observar los patrones de las líneas del tramo en un flujo supersónico
Aeronautical Engineering
4.9K Vistas
Tubo Pitot-estático: Un dispositivo para medir la velocidad del flujo de aire
Aeronautical Engineering
48.9K Vistas
Anemometría de temperatura constante:Uuna herramienta para estudiar el flujo de capa de límite turbulenta
Aeronautical Engineering
7.2K Vistas
Transductor de presión: Calibración mediante un tubo de Pitot estático
Aeronautical Engineering
8.5K Vistas
Control de vuelo en tiempo real: calibración de sensores integrados y adquisición de datos
Aeronautical Engineering
10.2K Vistas
Aerodinámica de multicópteros: Caracterización del empuje en un hexacóptero
Aeronautical Engineering
9.1K Vistas