Name: חקירה נסיונית של מבנה הזרימה מעל כנף דלתא באמצעות שיטות הדמיה זרימה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-23T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 17 s
Description: חקור זרימות מערבולתיות לא יציבות מעל כנף דלתא באמצעות טכניקת הדמיית עשן משופצת. שיטה זו מאפשרת תצפית בו-זמנית של מבני זרימה גלובליים ותת-מבנים תאיים לחקר אווירודינמיקה.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים רוצה להודות המועצה מענקים למחקר הונג קונג (לא. GRF526913), הונג קונג חדשנות וטכנולוגיה (לא. ITS/334/15FP), ואת אותנו למשרד של חיל הים המחקר העולמי (לא. N00014-16-1-2161) עבור תמיכה כספית.

1. מנהרת רוח ההתקנה
<ol><li>כנף דלתא מודל
	<ol>
<li>לבנות מודל כנף דלתא מאלומיניום, עם זווית לטאטא φ של 75 מעלות, אורך אקורד c של 280 מ מ, טווח הבסיס b של 150 מ מ, עובי של 5 מ מ. יש שני קצוות מובילים משופע-35° כדי לתקן את נקודת הפרדה17 (ראה איור 1 א').</li>
	</ol></li>
	<li>מנהרת הרוח המתקן
	<ol>
<li>לערוך ניסויים במנהרת רוח במהירות נמוכה לולאה סגורה, עם סעיף מבחן של 2.4 מטר (אורך) × × 0.6 מטר (רוחב) 0.6 מטר (גובה) אשר מצויד עם קירות זכוכית המאפשרים גישה אופטי במהלך הניסויים. עוצמת הסוערים של מתקן כזה צריך להיות פחות מ- 0.4%. הערה: במחקר זה, השתמשנו באפשרות במנהרת רוח באוניברסיטה הפוליטכני הונג קונג עם המאפיינים לעיל. גם מהירות freestream U∞ נע בין מטר לשנייה 2.64 אל 10.56 m/s, המייצגים מספר ריינולדס, Re, × 10 54 25× 10, המבוססת על האורך אקורד של האגף דלתא, אשר טווח הטיסה טיפוסי בשביל רכב לא מאויש אווירי (ט).</li>
		<li>לפי הצורך, השתמש שלושה עיבודים שונים (ראה איור 1b-d) של הגיליון לייזר ומצלמות להתבונן מבני זרימה חתך אורכי חתך הרוחב span-wise, חתך רוחבי. שרטוטים של ההתקנה מוצגות באיור איור 1b. הערה: פרוטוקול זה מדגים את ההתקנה ואת המידה חתך אורכי בפירוט.</li>
	</ol></li>
	<li>להתקין את כנף דלתא
	<ol>
<li>לתקן את הקצה נגרר כנף דלתא על העקיצה, אשר על מדריך תנועה מעגלית המשמש עבור התאמת זווית התקיפה (AoA), α. המרכז של המדריך מעגלית נמצא על הקו המרכזי של סעיף מבחן מנהרת רוח. לפיכך, המרכז של כנף דלתא ניתן תמיד במרכז סעיף מבחן. התאם את AoA כדי α = 34 °.</li>
		<li>בזהירות להתאים את מודל כנף דלתא למזער כל זווית yaw ולהתגלגל זווית, על-ידי בדיקת הקריאות של מד זווית ורמת לייזר שלושה צירים. במחקר הנוכחי, הוודאות של זוויות שני אלה הוא פחות מ 0.1 º.</li>
	</ol></li>
	<li>הגדר את הגליון בלייזר
	<ol>
<li>משתמשים בלייזר שני בנפרד כדי להאיר את המבנים זרימה PIV מדידה, הדמיית זרימה עשן.<ol>
<li>למדידה PIV, משתמשים בלייזר דופק כפול, עם אורך גל של 532 nm ו אנרגיה מקסימלית של 600 mJ (מתכוונן) לכל פעימה. לשלוט בו עם מסנכרן עם טרנזיסטור-טרנזיסטור לוגיקה (TTL) אותות (ראה איור 1b).</li>
			<li>הדמיית זרימה עשן, להשתמש לייזר מתמשך עם אורך גל של 532 ננומטר, כוח של 1 W. לייזר מתמשך זה עובד באופן עצמאי. במהלך ההתקנה ההתקנה, השתמש במסנן דחיסות נייטרלית עם 10% להדמיה כדי לסנן את קרן הלייזר לבטיחות.</li>
		</ol>
</li>
		<li>ללבוש משקפי לייזר מתאים.</li>
		<li>להתאים את המראה השתקפות להציג קרן הלייזר לתוך מנהרת הרוח. הזווית בין הציר אור לייזר המראה היא <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57244/57244eq1.jpg"> , כדי להפוך את קרן הלייזר נורמלי השטח כנף דלתא. ודא כי קרן הלייזר סביב מיקום x/c ≅ 0.25, אשר מאוחר יותר יהיה במרכז שדה הראייה (FOV).</li>
		<li>התקן לייזר אופטיקה (עם לייזר מתמשך, בהתחלה) כדי ליצור את הגליון בלייזר, כפי שמוצג באיור 1b. העדשה קמורה משמש כדי לשלוט בגודל קרן לייזר (גם את עובי גיליון). העדשה גלילי מתרחבת קרן הלייזר לגיליון בלייזר. הערה: במחקר הנוכחי, אורך המוקד של העדשה גלילי הוא 700 מ"מ, קוטר העדשה גלילי 12 מ מ.</li>
		<li>בדוק את עובי גיליון לייזר על ידי מדידת קו לייזר על המודל. להתאים את המיקום של העדשה קמורה אם העובי גיליון בלייזר אינה מתאימה (כאן, בסביבות 1 מ מ, רוחב יעיל הגיליון לייזר בסעיף מבחן כ-100 מ מ). שימו לב כי העובי של הגיליון לייזר תלוי 1) הרכיב מהירות בכיוון נורמלי הגיליון לייזר ו 2) את מרווח הזמן בין זוג תמונות במדידה PIV.</li>
		<li>לשים צלחת היעד כיול בכנף דלתא, שפני השטח שלו וצירוף בגיליון לייזר. שלב זה חיוני, כי FOV במחקר הנוכחי אינה אורתוגונלית כדי הקואורדינטה מנהרת רוח.</li>
	</ol></li>
	<li>מצלמה
	<ol>
<li>כבה את הלייזרים בעת הגדרת המצלמה. כמו עם לייזרים, השתמש שתי מצלמות עבור כל חלק נפרד של הניסוי הזה:<ol>
<li>למדידה PIV, השתמש מצלמת CCD במהירות גבוהה עם רזולוציה של 2048 × 2048 פיקסלים. זו מצלמה נשלטת על-ידי המסנכרן את הדופק כפול לייזר (ראה איור 1b). נתוני מצלמה זו יועברו ישירות למחשב.</li>
			<li>הדמיית זרימה עשן, לשימוש במצלמה דיגיטלית מסחרי עם רזולוציה תמונה של 4,000 × 6,000 פיקסלים ו- 50 הרץ הקלטת וידאו ברזולוציה של 1280 × 720 פיקסלים במהלך הדמיית זרימה עשן. זה יופעל באופן ידני.</li>
		</ol>
</li>
		<li>העבר את המיקום של המצלמה (מסחרי מצלמה דיגיטלית, בהתחלה) כדי להשיג את FOV הרצוי. להתאים את עדשת המצלמה להתמקד לצלחת היעד כיול. ודא כי כל השדה הוא מרוכז. אם לא, נקודות הציון של המצלמה לא ייתכן אורתוגונלית לצלחת היעד כיול. לכן, התאמת המצלמה מקם בזהירות18.</li>
		<li>קח מספר פריימים לאחר המצלמה הוא מסודר. מאוחר יותר, אלה מסגרות של כיול המטרה צלחת ישמש כדי לכייל את גורם קנה המידה בין הגודל האמיתי לבין הפיקסל מסגרת, וכדי לזהות העמדה הפניה הקואורדינטה xyz. לאחר מכן, הסר את לוחית היעד כיול.</li>
	</ol></li>
	<li>הפעל את מנהרת רוח במהירות נמוכה (למשל, 3 m/s) ולאחר להזריק חלקיקים שמן לתוך מנהרת הרוח. הגדר את הלחץ של הגנרטור תרסיס בבר 2.5 ולהפעיל אותה ב-30 s עבור שיטת הדמיית זרימה מראש הזריעה. אחרי זה, כל מנהרת הרוח להיות בצורה אחידה נזרע עם חלקיקי שמן רגיל בקוטר של 1 מיקרומטר. הערה: במחקר הנוכחי, הריכוז צפיפות החלקיקים שמן מוערך במנהרת הרוח הוא כ <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57244/57244eq2.jpg"> ב הדמיית זרימה עשן; לפיכך, השינוי הכולל של צפיפות זרימה במנהרת הרוח הוא <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57244/57244eq3.jpg"> .</li>
	<li>PIV תוכנת ההתקנה
	<ol>
<li>שליטה במערכת PIV עם התוכנה PIV (ראה טבלה של חומרים). תוכנה זו יכולה לפקד המסנכרן כדי לשלוח אותות TTL הלייזר ואת המצלמה, כפי שמוצג באיור 1b.</li>
		<li>לקבוע תדירות הדגימות 5 הרץ, עם מספר דגימה סך של 500. מרווח הזמן בין מסגרות PIV הוא 80 µs. שים לב כי מרווח הזמן הוא תלוי בגודל של המהירות FOV וזרימה. ודא שיש האזורים החקירה שתי מסגרות על חפיפה 50-75%.</li>
	</ol></li>
</ol>2. עורכים את הניסוי
<ol><li>
הדמיית זרימה משופרת עשן
	<ol>
<li>להפעיל את מנהרת רוח במהירות freestream הרצוי (U = 2.64 m/s). תריץ את זה 10 דקות לייצב את מהירות freestream. - Re = 50,000, מהירות freestream היא U = 2.64 m/s.</li>
		<li>להפעיל את הלייזר רציפה. השתמש מצלמה דיגיטלית כדי ללכוד תמונות 5-10 של מבנה הזרימה.</li>
		<li>לבדוק אם הגיליון לייזר-חתך אורכי הליבה לב (ראה את המבנה האופייני בתרשים 3). אם כך, לסמן את עמדה זו על המודל כנף דלתא כנקודת התייחסות המדידה PIV מאוחר יותר; אחרת, לשנות את המיקום של הגיליון לייזר על-ידי התאמת העדשה אופטיים ואפס הכיול ביצוע השלבים 1.4.6 - 1.5.3.</li>
		<li>סקור את התמונות וסמנו את המיקוד והבהירות. אם איכות התמונה אינה מספקת, להתאים את הצמצם של העדשה או הגדרת ISO.</li>
		<li>לקחת יותר (בדרך כלל בסביבות 20) וסרטונים (כ-40 s) עם ההגדרה הנכונה. כבה את הלייזר ואת העברת הנתונים למחשב.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
PIV מדידה
	<ol>
<li>בהתבסס על מיקום הפניה ידוע שלב 2.1.3 ואת התוצאות של הצילומים מהשלב 2.1.5 לבחור אזור מעניין (x/c≈ 0.3) כמו FOV, לאן יכול להיות שנצפו טרנדו substructures. החלף את לייזר מתמשך, מצלמה דיגיטלית עם לייזר כפולה הדופק ואת מצלמת CCD למדידה PIV.</li>
		<li>חזור על שלבים 1.4.6 - 1.5.3 להקליט את הכיול למדידה PIV.</li>
		<li>הפעל את מנהרת הרוח freestream הרצויה, במהירות U = 2.64 m/s להפעילו למשך 10 דקות להבטיח מהירות freestream יציב.</li>
		<li>להתאים את הלייזר כפול דופק רמת צריכת החשמל הגבוהה ביותר ועומד על-ידי. להשתמש בתוכנה כדי להתחיל רכישת נתונים עבור 100 s. לאחר סיום הקלטת נתונים, כבה את הראש לייזר.</li>
		<li>סקירה על תמונות שנרכשו בהתוכנה ובדוק ההתפלגות גיליון בלייזר, את צפיפות החלקיקים (בדרך כלל 6-10 חלקיקי בכל אזור חקירה הרצוי), המוקד ואת העקירה חלקיקים בין המסגרות כפול (25-50% של החקירה אזור).</li>
		<li>אם האיכות של התמונות משביעת רצון, כפי שמתואר בשלב 2.2.5. לשמור את הנתונים לדיסק הקשיח של המחשב, בהנהלת בשאר המקרים חוזרים על השלבים שלעיל. אחרת, חזור על שלבים 1.7 ו- 2.2 ולהתאים בקפידה את ההתקנה.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. עיבוד נתונים
<ol><li>
הדמיית עשן משופר הערה: השלבים הבאים, 3.1.1-3.1.4, נעשים באמצעות קוד MATLAB באופן אוטומטי (ראה קובץ קידוד משלימה).<ol>
<li>להפוך הוידאו לתוך רצף של מסגרות. להמיר את המסגרות מהטופס RGB בגווני אפור. לסובב את המסגרת כדי להפוך את השטח כנף דלתא אופקי. לבחור את תחום העניין לצורך עיבוד מאוחר יותר (איור 2 א).</li>
		<li>להתאים את הבהירות והניגודיות כדי להדגיש את מבנה הזרימה. להחיל על הסף מסתגלת להפוך את התמונה אפור תמונה בינארית (איור 2b).</li>
		<li>הוסף את הערכים הבינאריים בכל עמודה ' למצוא את המיקום שבו הסכום משתנה פתאום. עמדה זו הוא המיקום התמוטטות מערבולת (איור 2 c).</li>
		<li>שיא מערבולת פירוט המיקומים והשעות המתאימים שלהם. תולדות הזמן תנודה התמוטטות ובכך ניתן להשיג.</li>
		<li>השתמש הגורם בקנה מידה גודל פיקסל-אמת (נמדד מן התמונות עם לוחית היעד כיול בשלב 1.5.3) להפוך את ההיסטוריה זמן מפיקסלים לגודל אמיתי לזהות את מיקום הפניה. להתוות את תולדות הזמן תנודה התמוטטות.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
PIV מדידה
	<ol>
<li>להפעיל את התוכנה PIV. להשתמש את התמונות רכשה בשלב 2.2.2 לקביעת מקדם שינוי הגודל והמיקום הפניה של הקואורדינטות. מראש לעבד את הנתונים שהושגו באמצעות הספרייה עיבוד התמונה כדי להאיר את החלקיקים, להפחית רעש18.</li>
		<li>השתמש בשיטת אזור חקירה מסתגלת עם גודל הרשת המינימלי של 32 × 32 פיקסלים, עם חפיפה המינימלית של 50%. בחרו את אזור התמונה וקבעו אימות וקטור 3 x 3 עבור הצלב-מתאמים מסתגלת.</li>
		<li>התוצאה ניתנת כשדה וקטור מהירות, ב, אשר הם הווקטורים נכונה הווקטורים כחול הירוקים הווקטורים שהוחלפו הינם והאדומות הם וקטורים רע.</li>
		<li>להחיל את 3 x 3 עובר לשיטת אימות הממוצע לאמוד את מהירות המקומי על-ידי השוואת את הווקטורים בשכונה שלה. החלף את הווקטורים לסטות מדי מן השכנים. שלהם עם הממוצע של שכניהם.</li>
		<li>לחשב סטטיסטיקה וקטור מהירות המפות כדי לקבל מאפייני הזרימה ב תולדות הזמן, למשל, את מהירות זמן ממוצע, סטיית התקן ו קרוס-הקשר בין מהירות רכיבים. חשב את נגזרות שיטתיות מן המפה וקטורית כדי להדגים את התכונות הפנימיות של השדה זרימה, למשל, ערבוליות, מדגיש הטיה, מתערבל כוח.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Smits, A. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSmits%2C+AJ+%22Flow+visualization%3A+Techniques+and+examples%22">Flow visualization: Techniques and examples</a>. , World Scientific. (2012).</li>
<li>Barlow, J. B., Rae, W. H., Pope, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBarlow%2C+JB+%22Low-speed+wind+tunnel+testing%22">Low-speed wind tunnel testing</a>. , Wiley. New York. (1999).</li>
<li>Merzkirch, W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMerzkirch%2C+W+%22Flow+visualization%22">Flow visualization</a>. , Academic Press. (1987).</li>
<li>Raffel, M., Willert, C. E., Wereley, S., Kompenhans, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRaffel%2C+M+%22Particle+image+velocimetry%3A+A+practical+guide%22">Particle image velocimetry: A practical guide</a>. , Springer. (2007).</li>
<li>Westerweel, J., Elsinga, G. E., Adrian, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ara.bme.hu/oktatas/tantargy/NEPTUN/BMEGEATMG39/2014-2015-II/ea/SUDA/extra_ea_PIV-AnnuRev-FluidMech-120710-101204.pdf">Particle Image Velocimetry for Complex and Turbulent Flows.</a> Annu Rev Fluid Mech. 45 (1), 409-436 (2013).</li>
<li>Meinhart, C. D., Wereley, S. T., Santiago, J. G. <a target="_blank" href="http://microfluidics.stanford.edu/Publications/ParticleTracking_Diagnostics/Meinhart%20Micro%20PIV%20Measurements%20ExperFluids.pdf">PIV measurements of a microchannel flow.</a> Exp Fluids. 27 (5), 414-419 (1999).</li>
<li>Gursul, I. <a target="_blank" href="https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/1.5269">Review of unsteady vortex flows over slender delta wings.</a> J Aircraft. 42 (2), 299-319 (2005).</li>
<li>Gursul, I., Gordnier, R., Visbal, M. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037604210500103X">Unsteady aerodynamics of nonslender delta wings.</a> Prog Aerosp Sci. 41 (7), 515-557 (2005).</li>
<li>Lowson, M. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/aeronautical-journal/article/some-experiments-with-vortex-breakdown/A1C23A3D3023B2191D1D9F0AA1F55A66">Some experiments with vortex breakdown.</a> JRoy Aeronaut Soc. 68, 343-346 (1964).</li>
<li>Payne, F. M., Ng, T., Nelson, R. C., Schiff, L. B. <a target="_blank" href="https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/3.9864">Visualization and wake surveys of vortical flow over a delta wing.</a> AIAA J. 26 (2), 137-143 (1988).</li>
<li>Lowson, M. V. The three dimensional vortex sheet structure on delta wings. Fluid Dynamics of Three-Dimensional Turbulent Shear Flows and Transition. , 11.11-11.16 (1989).</li>
<li>Riley, A. J., Lowson, M. V. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/development-of-a-threedimensional-free-shear-layer/930592ACEA6E4D17DE18779878A8CE6C">Development of a three-dimensional free shear layer.</a> J Fluid Mech. 369, 49-89 (1998).</li>
<li>Menke, M., Gursul, I. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.869407">Unsteady nature of leading edge vortices.</a> Phys Fluids. 9 (10), 2960(1997).</li>
<li>Yayla, S., Canpolat, C., Sahin, B., Akilli, H. <a target="_blank" href="https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/1.J050380">Yaw angle effect on flow structure over the nonslender diamond wing.</a> AIAA J. 48 (10), 2457-2461 (2010).</li>
<li>Menke, M., Gursul, I. <a target="_blank" href="https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/2.2481">Nonlinear response of vortex breakdown over a pitching delta Wing.</a> J Aircraft. 36 (3), 496-500 (1999).</li>
<li>Sahin, B., Yayla, S., Canpolat, C., Akilli, H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1270963811001003">Flow structure over the yawed nonslender diamond wing.</a> Aerosp Sci Technol. 23 (1), 108-119 (2012).</li>
<li>Kohlman, D. L., Wentz, J. W. H. <a target="_blank" href="https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/3.44247">Vortex breakdown on slender sharp-edged wings.</a> J Aircraft. 8 (3), 156-161 (1971).</li>
<li>Lu, L., Sick, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-speed+Particle+Image+Velocimetry+Near+Surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces.</a> J Vis Exp. (76), e50559(2013).</li>
<li>Mitchell, A. M., Barberis, D., Molton, P., Délery, J. <a target="_blank" href="https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/2.1059">Oscillation of Vortex Breakdown Location and Blowing Control of Time-Averaged Location.</a> AIAA J. 38 (5), 793-803 (2000).</li>
<li>Shen, L., Wen, C. -y, Chen, H. -A. <a target="_blank" href="https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/1.J054373">Asymmetric Flow Control on a Delta Wing with Dielectric Barrier Discharge Actuators.</a> AIAA J. 54 (2), 652-658 (2016).</li>
<li>Leibovich, S. <a target="_blank" href="http://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.fl.10.010178.001253">The Structure of Vortex Breakdown.</a> Annu Rev Fluid Mech. 10 (1), 221-246 (1978).</li>
<li>Mitchell, A. M., Molton, P. <a target="_blank" href="https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/2.1844">Vortical Substructures in the Shear Layers Forming Leading-Edge Vortices.</a> AIAA J. 40 (8), 1689-1692 (2002).</li>
<li>Gad-El-Hak, M., Blackwelder, R. F. <a target="_blank" href="https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/3.9016">The discrete vortices from a delta wing.</a> AIAA J. 23 (6), 961-962 (1985).</li>
<li>Zhou, J., Adrian, R. J., Balachandar, S., Kendall, T. M. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/mechanisms-for-generating-coherent-packets-of-hairpin-vortices-in-channel-flow/15127D61739F0A9395D4810745CE4EF7">Mechanisms for generating coherent packets of hairpin vortices in channel flow.</a> J. Fluid Mech. 387, 353-396 (1999).</li>
<li>Adrian, R. J., Christensen, K. T., Liu, Z. C. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s003489900087">Analysis and interpretation of instantaneous turbulent velocity fields.</a> Exp Fluids. 29 (3), 275-290 (2000).</li>
<li>Yoda, M., Hesselink, L. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF00215017">A three-dimensional visualization technique applied to flow around a delta wing.</a> Exp. Fluids. 10 (2-3), (1990).</li>
<li>Greenwell, D. I. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGreenwell%2C+DI+%22RTO+AVT+Symposium%22">RTO AVT Symposium</a>. , Leon, Norway. RTO-MP-069(I) (2001).</li>
<li>Furman, A., Breitsamter, C. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1270963812001290">Turbulent and unsteady flow characteristics of delta wing vortex systems.</a> Aerosp Sci Technol. 24 (1), 32-44 (2013).</li>
<li>Wang, C., Gao, Q., Wei, R., Li, T., Wang, J. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s00348-016-2184-y">3D flow visualization and tomographic particle image velocimetry for vortex breakdown over a non-slender delta wing.</a> Exp Fluids. 57 (6), (2016).</li>
</ol>

המחברים אין לחשוף.

מאמר זה מציג את שתי שיטות הדמיה של זרימה, הדמיית זרימה משופרת עשן ומדידה PIV, לחקור מבנה הזרימה מעל הכנף דלתא איכותית, באופן כמותי. ההליכים כללי של הניסוי מתוארים צעד אחר צעד. הכיוונונים של שתי שיטות אלו הם כמעט זהה, בעוד ההתקנים מעורבים הם שונים. העיקרון הבסיסי של שיטות הדמיה אלה שני זרימה היא להאיר את החלקיקים בזרם דרך הגיליון לייזר. הדמיית זרימה עשן משופרת ניתן להשיג את מבנה הזרימה הכללית ואת מבנים מקומיים קטנים בו זמנית, אפשרות שימושית לקבלת סקירה כללית של מבנה הזרימה לא ידוע. הניתוח PIV כמותיים מספק מפה וקטורית מפור...

מדידת שדה באמצעות טכניקות הדמיה היא מתודולוגיה בסיסית בהנדסה נוזלים. בין טכניקות הדמיה שונים, חוט עשן הדמיית זרימה בניסויים מנהרת רוח והדמיה לצבוע בניסויים מנהרת המים הם הנפוצה ביותר כדי להדגים את זרימת מבנים איכותית. PIV לייזר anemometry דופלר (אידה) שתי טכניקות כמותיות טיפוסי1בקרב אנשי עסקים ותיירים כאחד.
הדמיית זרימה תיל עשן, עשן streaklines הם המופקים טיפות שמן על חוט חימום או מוזרק מהגורם החיצוני עשן הגנרטור/במהלך הניסויים. אורות ובעוצמת או גליונות לייזר משמשים כדי להאיר את streaklines עשן. תמונות נרשמים אז לצורך ניתוח נוסף. זה פשוט אבל שימושי מאוד זרימה ויזואליזציה שיטה2. עם זאת, האפקטיביות של שיטה זו מוגבלים על ידי גורמים שונים, כגון משך קצר של חוטים עשן, השדה זרימה תלת מימדי מורכב, המהירות גבוהה יחסית של הזרם, ואת היעילות של עשן דור3.
במדידות PIV, חתך רוחב של שדה זרימה עם חלקיקים entrained הוא מואר על ידי גיליון בלייזר, עמדות מיידית של החלקיקים הזה חתך נלכדים ע י מצלמה במהירות גבוהה. בתוך מאוד קטן. מרווח, נרשם זוג תמונות. על ידי חלוקת התמונות רשת של תחומי חקירה וחישוב התנועה הממוצעת של חלקיקי באזורים חקירה באמצעות פונקציות קרוס-קורלציה, ניתן להשיג את המפה וקטור מהירות מיידי בזו נצפתה בחתך. עם זאת, הוא גם ידוע כי יש להגיע פשרות עבור גורמים, כולל גודל חלון התצפית, הרזולוציה של המפה מהירות, גודל מהירות בתוך המטוס, מרווח הזמן בין זוג תמונות, מהירות אורתוגונלית בסולם ריכטר, את צפיפות החלקיקים4. לכן, ניסויים רבים גישוש עשוי להיות נחוץ כדי למטב את הגדרות ניסיוני. זה יהיה יקר, ודורש זמן לחקור שדה לא ידוע, מורכבים זרימה PIV מדידה לבד5,6. בהתחשב לעיל חששות, אסטרטגיה לשלב הדמיית עשן זרימה PIV מדידה הציע, שמוצג כאן ללמוד את זרימת מורכבים על כנף דלתא ודק.
מחקרים רבים של לב זורם על כנפי דלתא כבר מתנהל7,8, עם טכניקות הדמיה זרימה משמש כלי ראשי. נצפו תופעות רבות זרימה מעניין: ספירלה סוג ובועות הקלד מערבולת קלקולים9,10, הטיה לא יציב שכבה11,התחתי12, תנודות של לב פירוט המיקומים13 , ואת ההשפעות של התנדנדות yaw זוויות14,15,16 על מבנים זרימה. עם זאת, המנגנון הבסיסי של כמה תופעות לא יציב תזרימי כנף דלתא נשאר לא ברור7. בעבודה זו, הדמיית עשן זרימה משופרת באמצעות החלקיקים זריעה אותו בשימוש המדידה PIV, במקום חוט עשן. שיפור זה מאוד מפשט את הפעולה של הפריט החזותי ומגביר את האיכות של התמונות. בהתבסס על התוצאות של הפריט החזותי זרימה משופרת עשן, מדידה PIV מתמקד שדות אלה זרימה עניין לרכוש את המידע כמותית.
. הנה, תיאור מפורט מסופק להסביר איך מבצעים ניסוי הדמיית זרימה במנהרת רוח כדי לחקור תופעות זרימה לא יציב מעל כנף דלתא. שתי שיטות הדמיה, הדמיית זרימה משופרת עשן ומדידה PIV, משמשים יחד בניסוי זה. ההליך כולל הדרכה שלב אחר שלב עבור התאמת פרמטר וההתקנה של התקן. תוצאות טיפוסי מודגמות להראות את היתרון של שילוב של שתי השיטות למדידת שדה זרימה מורכבים במרחב של חנותם.

<table><tbody><tr><td>532 ננומטר Nd:YAG לייזר</td><td>קוואנטל לייזר</td><td>ירוק עד 600mJ</td><td></td></tr><tr><td>מצלמה במהירות גבוהה</td><td>עדשת מצלמה Dantec Dynamic</td><td>HiSense 4M</td><td></td></tr><tr><td>Tamron</td><td></td><td>SP AF180mm F/3.5 Di</td><td></td></tr><tr><td>PIV תוכנת הקלטה ועיבוד</td><td>Dantec Dynamic</td><td>DynamicStudio</td><td></td></tr><tr><td>עדשה גלילית</td><td>Newport</td><td></td><td>&Phi;=12 מ"מ</td></tr><tr><td>עדשה קמורה</td><td>ניופורט</td><td></td><td>f = 700 מ"מ</td></tr><tr><td>מסנן צפיפות ניטרלית</td><td>ניופורט</td><td></td><td></td></tr><tr><td>כיול יעד</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>מחולל אירוסול</td> בהתאמה אישית <td>TSI</td><td>TSI 9307-6</td><td></td></tr><tr><td>מחולל דופק</td><td>Berkeley Nucleonics Corp</td><td>BNC 575</td><td></td></tr><tr><td>לייזר</td><td></td> רציף <td>APGL-FN-532-1W</td><td></td></tr><tr><td>מצלמה דיגיטלית</td><td></td><td>ניקון ניקון D5200</td><td></td></tr><tr><td>עיבוד תמונה</td><td>Matlab</td><td></td><td>קוד מותאם אישית</td></tr><tr><td>מנהרת רוח תמיכה</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ברמת לייזר</td> בהתאמה אישית <td>BOSCH</td><td>GLL3-15X</td><td></td></tr><tr><td>מד זווית</td><td>BOSCH</td><td>GAM220</td><td></td></tr></tbody></table>

חקירה נסיונית של מבנה הזרימה מעל כנף דלתא באמצעות שיטות הדמיה זרימה

Experimental Investigation of the Flow Structure over a Delta Wing Via Flow Visualization Methods

זה ידוע כי השדה זרימה מעל כנף דלתא נשלטת על ידי זוג מונה מסתובב הקצה המוביל מערבולות (לב). עם זאת, מנגנון שלהם אינה מובנת היטב. הטכניקה ויזואליזציה הזרימה היא שיטה פולשנית מבטיח כדי להמחיש את שדה זרימה מורכבים במרחב של חנותם. מלכודת הדמיית זרימה בסיסי מורכב לייזר רב עוצמה, עדשות אופטיים כדי ליצור את הגליון בלייזר, מצלמה, מחולל חלקיקים tracer, מעבד נתונים. ההגדרה של מנהרת רוח, המפרט של התקנים מעורב, הגדרות הפרמטר המתאימות תלויים בתכונות זרימה כדי להתקבל.
הדמיית זרימה רגילה תיל עשן משתמש חוט עשן כדי להדגים את זרימת streaklines. עם זאת, הביצועים של שיטה זו הוא מוגבל על ידי רזולוציה מרחבית נמוכה כאשר הוא מתקיים בשדה זרימה מורכבים. לכן, פותחה שיטת הדמיית זרימה משופרת עשן. טכניקה זו ממחישה שדה הזרימה לב גלובלי בקנה מידה גדול ואת המבנה זרימה של שכבה הטיה בקנה מידה קטן במקביל, ומספק הפניה ערך למדידה velocimetry (PIV) תמונה מאוחר יותר מפורט של חלקיקים.
בנייר זה, הוא הפגין את היישום של הדמיית זרימה משופרת עשן ומדידה PIV ללמוד את התופעות זרימה לא יציב מעל כנף דלתא. הליך והתראות לביצוע הניסוי מפורטים, כולל הגדרת מנהרת רוח, חדרי קירור והקפאה של עיבוד נתונים. התוצאות נציג מראים כי שיטות הדמיה אלה זרימה שתי טכניקות אפקטיביות עבור חוקרים את שדה הזרימה תלת מימדי איכותית, באופן כמותי.

איור דו-ממדי מציג את הסיפורים זמן של המיקומים התמוטטות לב. העקומה השחורה מציינת את לב לסיפון, העקומה אדום מציין לב שבור שמאלה. ציר הזמן הוא nondimensionalized לפי אורך מהירות, אקורד חופשי זרם. מקדם המתאם בין שני אלה הסיפורים זמן הוא r = −0.53, המציינת אינטראקציה עם אנטי-סימטרית חזקה של לב פירוט מיקום תנודות. תוצאה זו מסכים עם עבודתם של אחרים13,19,20.
<p ...

כאן, אנו מציגים פרוטוקול להתבונן זורם טרנדו לא יציב מעל כנף דלתא בטכניקה הדמיית זרימה עשן ששונה ולחקור את המנגנון האחראי על תנודות של המיקומים פירוק מתקדמים מערבולת.

It is well known that the flow field over a delta wing is dominated by a pair of counter rotating leading edge vortices (LEV). However, their mechanism is ...

המטרה הכוללת של ניסוי זה היא לצפות בזרימות מערבולת לא יציבות מעל כנף דלתא באמצעות טכניקות הדמיה ולחקור את המנגנון האחראי לתנודות של מיקומי פירוק מערבולת הקצה המוביל. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח של תופעת הזרימה הלא יציבה של כנף דלתא גלילית, כגון תנודה של הקצה המוביל של מיקום התמוטטות הקודקוד. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שניתן להמחיש את שדה זרימת המערבולת בקנה מידה גדול ואת התשתיות התאיות בקנה מידה קטן בו זמנית.התחל עם המודל לניסוי. עבור ניסוי זה, הדגם הוא כנף דלתא מאלומיניום באורך 280 מילימטרים. קח את הדגם להרכבה במנהרת הרוח, שהיא לולאה סגורה ומהירות נמוכה.לחלק הבדיקה שלו יש קירות זכוכית כדי לאפשר גישה אופטית לניסוי. כאן, כנף הדלתא הותקנה כראוי במנהרת הרוח. שני לייזרים יכולים להאיר את מבני הזרימה, לייזר כפול 532 ננומטר במהלך מהירות תמונת חלקיקים או לייזר גל רציף 532 ננומטר במהלך הדמיית זרימת עשן.סכימה זו מספקת מידע על ההגדרה האופטית עם הלייזר הרציף. עדשה קמורה שולטת בגודל קרן הלייזר. עדשה גלילית מרחיבה את הקורה לסדין.מראה מחזירה את יריעת הלייזר לתוך מנהרת הרוח. הרכיבו משקפי לייזר מתאימים והתחילו עם הלייזר הרציף. למען הבטיחות, צמצם את העברת האלומה באמצעות מסנן צפיפות ניטרלית.התחל רק עם הלייזר, המסנן והמראה במקומם. כוונן את המראה כדי להכניס את הקרן למנהרת הרוח. ודא שהקרן חוצה את הדגם בערך 1/4 מאורך הדגם מאחורי חזיתו.לאחר מכן, התקן את העדשה הקמורה ואת העדשה הגלילית. לאחר מכן, במודל, מדוד את קו הלייזר החוצה אותו כדי לבדוק את עובי יריעת הלייזר. כוונן את העדשה הקמורה לפי הצורך.הפסק את ההתאמות כאשר מתקבל העובי הרצוי. הנח לוחית יעד כיול על כנף הדלתא כשפני השטח שלה חופפים ליריעת הלייזר. כשהלייזר כבוי, המשך להגדרת המצלמה.השתמש במצלמה דיגיטלית מסחרית להדמיית זרימת עשן והפעל אותה באופן ידני. הנח את המצלמה כדי להשיג את שדה הראייה הרצוי ולמקד אותה על לוחית היעד של הכיול. כאשר המצלמה מוכנה, צלם מספר פריימים למטרות כיול.לאחר מכן, הסר את לוחית יעד הכיול. הפעל את מנהרת הרוח במהירות נמוכה, והזריק חלקיקי שמן כדי להושיב אותה באופן אחיד. כדי לדמיין את זרימת העשן, הפעל את מנהרת הרוח למהירות הרצויה.לאחר מכן, הפעל את הלייזר הרציף ללא פילטר. במצלמה, צלם חמש עד 10 תמונות של מבנה הזרימה. השתמש בתמונות כדי לבדוק שיריעת הלייזר נמצאת בחתך האורך של ליבת מערבולות הקצה המוביל.תמונה לדוגמה זו מציגה ליבת מערבולת ותשתיות ברורות, המציינות יריעת לייזר ממוקמת היטב. התאימו את הגדרות המצלמה לפי הצורך לאיכות התמונה, והקליטו תמונות ווידאו. בסיום, כבה את זרימת האוויר והתקרב לדגם.שם, סמן את מיקום יריעת הלייזר כהתייחסות למדידות מאוחרות יותר. סיים בכיבוי הלייזר והעברת הנתונים למחשב. מדידה זו דורשת לייזר אחר.החלף את הלייזר הרציף בלייזר הפועם. כשהלייזר פועל, בדוק את מסלולו, ובמידת הצורך כוונן את העדשה הקמורה. ודא שהקרן חוצה את הדגם לאורך הקו המסמן את מיקום הלייזר הרציף.כמו כן, החלף את המצלמה הדיגיטלית. במקומו, החלף מצלמת CCD מהירה. שלוט במצלמה באמצעות הסנכרון והלייזר הדופק הכפול.כעת, עבור למודל וזהה אזור שבו ניתן לצפות במבנים. שוב, הנח לוחית מטרה לכיול על הכנף באזור זה. התמקדו בלוחית הכיול וצלמו מספר תמונות.הסר את לוחית הכיול לפני שתמשיך. הפעל את תוכנת PIV והגדר את הפרמטרים. התחל את זרימת מנהרת הרוח במהירות הרצויה.כוונן את הלייזר לרמת ההספק הגבוהה ביותר שלו. השתמש בתוכנה כדי להתחיל ברכישת נתונים למשך 100 שניות. אם התמונות שנרכשו קבילות, שמור אותן והמשך בהפעלת אירועים אחרים.זוהי תמונה מעובדת של חתך האורך מהדמיית זרימת עשן. יש סולם של 10 מילימטר לעיון. התמונה חושפת את ליבת המערבולת המובילה העיקרית, שכבת הגזירה המתגלגלת עם תשתיות מערבולת, התמוטטות המערבולת וההתעוררות הסוערת.סרטון זה מציג את התנודות של מיקומי התמוטטות מערבולת הקצה המובילים בחתכי ההעברה. ניתוח מיקומי ההתפלגות הנמדדים עבור כל רגע מצביע על אינטראקציה אנטי-סימטרית חזקה. זוהי תוצאת מהירות תמונת חלקיקים ממוצעת בזמן המציגה את המערבולת חסרת הממד בחתך האורך.ניתן לזהות את ליבת המערבולת הראשונית על ידי קו ההטיה של המערבולת החיובית והשלילית, המסומנת על ידי הקו המקווקו השחור. קווים מלאים מקיפים אזורים שעוצמת הסיבוב המקומית שלהם נמוכה מאפס, מה שמצביע על מערבולות של שכבת גזירה. תשתית נוספת מוקפת בקווים מקווקוים לבנים.תוצאת מערבולת המהירות של תמונת החלקיקים הממוצעת בזמן היא בחתך הרוחב. הזרימה נפרדת מהקצה המוביל, יוצרת שכבת גזירה ומתגלגלת לתוך ליבת המערבולת משני צידי הכנף. ישנם תשתיות מערבולת נייחות בתוך שכבות הגזירה.לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך שעה אחת אם היא מבוצעת כראוי. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד להתבונן בתופעת הזרימה הלא יציבה של כנף דלתא גלילית באמצעות טכניקות הדמיית הזרימה שהוזכרו לעיל. אל תשכח שעבודה עם לייזרים עלולה להיות מסוכנת ביותר, ותמיד יש לנקוט באמצעי זהירות כגון הרכבת משקפי מגן לייזר בעת ביצוע כל ניסוי.

experimental-investigation-flow-structure-over-delta-wing-via-flow

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

פוליפים קיפול קולי יכול לשבש את הדינמיקה קיפול הקול ולכן יכול להיות השלכות הרסניות על היכולת של המטופל לתקשר. הפרדת זרימה תלת מימדית הנגרמת על ידי פוליפ מודל רכוב על הקיר והשפעתו על עומס לחץ הקיר נבדקים באמצעות ולוצ'ימטריה של תמונת חלקיקים, הדמיה של קו חיכוך העור ומדידות לחץ על הקיר.

חקירת הפרדת הזרימה התלת מימדית הנגרמת על ידי מודל פוליפ קיפול ווקאלי

שתלי סטנט בעקמומיות עורקים היצרות מועדים לכשלים "מסוג IV" הכוללים שבר רוחבי מלא של סטנטים ותזוזה ליניארית של החלקים השבורים. אנו מציגים פרוטוקול לזיהוי מבני זרימה משנית (מערבולת) במודל עורק עקום, במורד הזרם של כשלים בסטנטים "סוג IV" רלוונטיים מבחינה קלינית.

חקירה ניסויית של מבנים זרימה משני Downstream של כישלון IV סטנט דגם הקלד סעיף מבחן עורק 180 ° מפותל

בטכניקה המתוארת במסמך זה מציע שיטה זולה ופשוטה יחסית למדוד בו זמנית קינמטיקה של חלקיקים, מערבולת, זורם עם ריכוז נמוך של חלקיקים. המערבולות נמדד באמצעות חלקיקים תמונה velocimetry (PIV), קינמטיקה של חלקיקים מחושבים מתוך תמונות שהושג עם מצלמה במהירות גבוהה ב- חופפים שדה-של-view.

מדידה סימולטני של מערבולת, קינמטיקה של חלקיקים באמצעות זרימת טכניקות הדמיה

טכניקה לביצוע הדמיה כמותית תלת ממדי (3D) עבור מגוון של זורם נוזל מוצגת. שימוש במושגים מתחום הדמית שדה אור, אנו משחזרים כרכי 3D ממערכים של תמונות. התוצאות שלנו 3D להקיף מגוון רחב הכוללים שדות מהירות והפצות גודל בועות רבות שלבים.

קביעת שדות זרימה 3D באמצעות מצלמה מרובה אור תחום הדמיה

בסרטון זה אנו מתארים ראשון ייצור ותפעול הליכים של גל אקוסטי פני השטח (SAW) מכשיר נגדי אקוסטי. לאחר מכן, אנו מדגימים התקנה ניסיונית שמאפשרת לשניהם להדמיה איכותית זרימה וניתוח כמותי של תזרים מורכב בתוך מכשיר השאיבה ראה.

ייצור, תפעול ויזואליזציה זרימה במיקרופלואידיקה אקוסטית-נגדית Surface--מונע גל אקוסטי

תא גזירה היא פיתחה עבור מדידות פיזור ניטרונים זווית קטנה במישור שיפוע מהירות-המהירות של גזירה ומשמש לאפיון נוזלים מורכבים. מדידות נפתרו מרחבית בכיוון שיפוע המהירות אפשריות לחקר חומרי גזירת פסים. יישומים כוללים חקירות של תפוצות colloidal, פתרונות פולימר, ומבנים עצמי התאספו.

מדידת חומר מיקרו תחת זרם באמצעות 1-2 מטוס זרימה קטן זווית ניוטרון פיזור

אנו מתארים את המתודולוגיה של פילינג מכני ושקיעה של פתיתים של חומרים חדשים בגודל מיקרון על המצע, ייצור מבני מכשירים ניסיוניים לניסויי תחבורה, ומדידת המגנטוטרנספורט בקריוסטט מחזור סגור של הליום יבש בטמפרטורות של עד 0.300 K ושדות מגנטיים עד 12 T.

שיטות ניסיוניות מתקדמות לטמפרטורה נמוכה Magnetotransport מדידה של חומרים חדשים

מוצגות שיטות ניסיוניות לחקירת תהליכי קירור במצב מוצק ואפיון תכונות החומר האלסטוקלורי של סגסוגות זיכרון צורה (SMA). מתקן בדיקה שנבנה בהתאמה אישית תוכנן לבקרה וניטור מקיף של תהליכי קירור אלסטוקלוריים. יתר על כן, הוא מספק פלטפורמת אימות לגישות מידול בשילוב תרמו-מכני.

שיטות ניסיוניות לחקירות זיכרון צורה Elastocaloric בהתבסס תהליכי קירור ותיקוף דגם

תכננו, פיתחנו ויישמנו מערכת דגימה חדשה בזרימה מלאה (FFS) לכימות פליטות מתאן וגזי חממה מכל שרשרת אספקת הגז הטבעי.

עיצוב ושימוש מערכת דגימה זרימה מלאה (FFS) עבור כימות פליטות מתאן

שיטה זו שואפת לאתר פגמים אנכיים תת קרקעיים. כאן, אנו זוג לייזר עם אפנן אור מרחבי ולהפעיל קלט הווידאו שלה לחמם משטח מדגם דטרמיניסטית עם שני קווי אנטי אפקט מודולציה בעת רכישת תמונות תרמית נפתרה מאוד. העמדה פגם הוא נלקח מן הערכת גל הפרעה מינימלית גל.

לוקליזציה פגם תת קרקעי על ידי חימום מובנה באמצעות לייזר מוקרן Photothermal Thermography

חקור זרימות מערבולתיות לא יציבות מעל כנף דלתא באמצעות טכניקת הדמיית עשן משופצת. שיטה זו מאפשרת תצפית בו-זמנית של מבני זרימה גלובליים ותת-מבנים תאיים לחקר אווירודינמיקה.

חקירה נסיונית של מבנה הזרימה מעל כנף דלתא באמצעות שיטות הדמיה זרימה

גלה סרטונים נוספים