Flusso cilindrico incrociato: misurazione della distribuzione della pressione e stima dei coefficienti di resistenza

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Cross Cylindrical Flow: Measuring Pressure Distribution and Estimating Drag Coefficients

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08:57 min
April 30, 2023

Panoramica

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

Le distribuzioni di pressione e le stime di resistenza per il flusso cilindrico incrociato sono state studiate per secoli. Secondo la teoria del flusso potenziale inviscido ideale, la distribuzione della pressione attorno a un cilindro è verticalmente simmetrica. Anche la distribuzione della pressione a monte e a valle del cilindro è simmetrica, il che si traduce in una forza di resistenza netta zero. Tuttavia, i risultati sperimentali producono modelli di flusso, distribuzioni di pressione e coefficienti di resistenza molto diversi. Questo perché la teoria del potenziale inviscido ideale presuppone un flusso irrotazionale, il che significa che la viscosità non viene considerata o presa in considerazione quando si determina il modello di flusso. Questo differisce significativamente dalla realtà.

In questa dimostrazione, una galleria del vento viene utilizzata per generare una velocità dell’aria specificata e un cilindro con 24 porte di pressione viene utilizzato per raccogliere i dati di distribuzione della pressione. Questa dimostrazione illustra come la pressione di un fluido reale che scorre attorno a un cilindro circolare differisca dai risultati previsti in base al flusso potenziale di un fluido idealizzato. Anche il coefficiente di resistenza aerodinamica sarà stimato e confrontato con il valore previsto.

Principi

Procedura

1. Misurare la distribuzione della pressione attorno a un cilindro Rimuovere il coperchio superiore della sezione di prova di una galleria del vento e montare un cilindro di alluminio pulito (d = 4 pollici) con 24 porte integrate su un giradischi (Figura 3). Installare il cilindro in modo che la porta zero sia rivolta a monte (Figura 4a). Sostituire il coperchio superiore e collegare i 24 tubi di pressione etichettati 0 – 23 alle porte corrispondenti sul pannello del manometro. Il pannello manometro deve essere riempito con olio colorato ma contrassegnato in acqua in. graduazioni (Figura 5). Accendi la galleria del vento e corri a 60 mph. Registra tutte le 24 misurazioni della pressione leggendo il manometro. A questa velocità dell’aria, il numero di Reynolds è 1,78 x 105. Il modello di flusso previsto è illustrato nella Figura 2d. Una volta registrate tutte le misurazioni, spegnere la galleria del vento e incollare due stringhe (d = 1 mm) verticalmente sul cilindro per creare il cilindro disturbato. Nastro una stringa tra le porte 3 e 4 (θ = 52,5°) e l’altra tra le porte 20 e 21 (θ = 307,5°). Assicurarsi che le porte vicine non siano bloccate dal nastro, come illustrato nella Figura 4b. Accendere la galleria del vento e ripetere il passaggio 3. Registrare tutte le misurazioni della pressione. Figura 3. Layout di misurazione della pressione del misuratore di flusso cilindrico incrociato. Figura 4. Configurazione del cilindro nella galleria del vento (le porte di pressione sono al centro del cilindro). Figura 5. Pannello manometro.

Risultati

I risultati sperimentali per il cilindro pulito e disturbato sono mostrati rispettivamente nelle tabelle 1 e 2. I dati possono essere tracciati in un grafico del coefficiente di pressione, Cp, contro posizione angolare, θ, per il flusso ideale e reale come mostrato in Figura 6. Porta di p…

Applications and Summary

Il flusso cilindrico incrociato è stato studiato teoricamente e sperimentalmente dal 18 ° secolo. Trovare le discrepanze tra i due ci consente di espandere la nostra comprensione della fluidodinamica ed esplorare nuove metodologie. La teoria del flusso dello strato limite è stata sviluppata da Prandtl [3] all’inizio del 20 ° secolo, ed è un buon esempio dell’estensione del flusso inviscido alla teoria del flusso viscido nella risoluzione del paradosso di D’Alembert.

In questo esperimento,…

Riferimenti

  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

Trascrizione

1. Misurare la distribuzione della pressione attorno a un cilindro Rimuovere il coperchio superiore della sezione di prova di una galleria del vento e montare un cilindro di alluminio pulito (d = 4 pollici) con 24 porte integrate su un giradischi (Figura 3). Installare il cilindro in modo che la porta zero sia rivolta a monte (Figura 4a). Sostituire il coperchio superiore e collegare i 24 tubi di pressione etichettati 0 – 23 alle porte corrispondenti sul pannello del manometro. Il pannello manometro deve essere riempito con olio colorato ma contrassegnato in acqua in. graduazioni (Figura 5). Accendi la galleria del vento e corri a 60 mph. Registra tutte le 24 misurazioni della pressione leggendo il manometro. A questa velocità dell’aria, il numero di Reynolds è 1,78 x 105. Il modello di flusso previsto è illustrato nella Figura 2d. Una volta registrate tutte le misurazioni, spegnere la galleria del vento e incollare due stringhe (d = 1 mm) verticalmente sul cilindro per creare il cilindro disturbato. Nastro una stringa tra le porte 3 e 4 (θ = 52,5°) e l’altra tra le porte 20 e 21 (θ = 307,5°). Assicurarsi che le porte vicine non siano bloccate dal nastro, come illustrato nella Figura 4b. Accendere la galleria del vento e ripetere il passaggio 3. Registrare tutte le misurazioni della pressione. Figura 3. Layout di misurazione della pressione del misuratore di flusso cilindrico incrociato. Figura 4. Configurazione del cilindro nella galleria del vento (le porte di pressione sono al centro del cilindro). Figura 5. Pannello manometro.