Indagine sperimentale della struttura flusso sopra un ala di Delta tramite metodi di visualizzazione del flusso

L'obiettivo generale di questo esperimento è quello di osservare flussi vorticosi instabili su un'ala a delta utilizzando tecniche di visualizzazione e studiare il meccanismo responsabile delle oscillazioni delle posizioni di rottura del vortice sul bordo d'attacco. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave sul fenomeno del flusso instazionario di un'ala a triangolo del cilindro, come l'oscillazione del bordo d'attacco della posizione di rottura del vertice. Il vantaggio principale di questa tecnica è che il campo di flusso a vortice globale su larga scala e le sottostrutture cellulari su piccola scala possono essere illustrate simultaneamente.

Inizia con il modello per l'esperimento. Per questo esperimento, il modello è un'ala a delta in alluminio lunga 280 millimetri. Prendi il modello per montarlo nella galleria del vento, che è a circuito chiuso e a bassa velocità.

La sua sezione di prova ha pareti di vetro per consentire l'accesso ottico per l'esperimento. Qui, l'ala a delta è stata montata correttamente nella galleria del vento. Due laser possono illuminare le strutture del flusso, un laser a doppio impulso da 532 nanometri durante la velocimetria dell'immagine delle particelle o un laser a onda continua da 532 nanometri durante la visualizzazione del flusso di fumo.

Questo schema fornisce informazioni sulla configurazione ottica con il laser continuo. Una lente convessa controlla la dimensione del raggio laser. Una lente cilindrica espande il raggio in un foglio.

Uno specchio riflette il foglio laser nella galleria del vento. Indossare occhiali laser appropriati e iniziare con il laser continuo. Per motivi di sicurezza, ridurre la trasmittanza del fascio con un filtro a densità neutra.

Inizia con solo il laser, il filtro e lo specchio in posizione. Regola lo specchio per introdurre il raggio nella galleria del vento. Assicurarsi che la trave intersechi il modello a circa 1/4 della lunghezza del modello dietro la parte anteriore.

Quindi, installare la lente convessa e la lente cilindrica. Quindi, sul modello, misurare la linea laser che lo interseca per verificare lo spessore della lastra laser. Regolare la lente convessa secondo necessità.

Interrompere le regolazioni quando si ottiene lo spessore desiderato. Posizionare una piastra di calibrazione sull'ala a delta con la sua superficie coincidente con il foglio laser. Con il laser spento, passare alla configurazione della fotocamera.

Utilizzare una fotocamera digitale commerciale per la visualizzazione del flusso di fumo e azionarla manualmente. Posizionare la telecamera per ottenere il campo visivo desiderato e metterla a fuoco sulla piastra di calibrazione del bersaglio. Quando la fotocamera è pronta, scattare diversi fotogrammi per la calibrazione.

Quindi, rimuovere la piastra del bersaglio di calibrazione. Accendi la galleria del vento a bassa velocità e inietta particelle di olio per posizionarla uniformemente. Per visualizzare il flusso di fumo, accendere la galleria del vento alla velocità desiderata.

Quindi, accendi il laser continuo senza filtro. Alla telecamera, cattura da cinque a 10 istantanee della struttura del flusso. Utilizzare le immagini per verificare che il foglio laser si trovi nella sezione trasversale longitudinale del nucleo dei vortici del bordo d'attacco.

Questa immagine di esempio mostra un nucleo a vortice chiaro e sottostrutture, che indicano un foglio laser ben posizionato. Regola le impostazioni della fotocamera secondo necessità per la qualità dell'immagine e registra immagini e video. Al termine, chiudere il flusso d'aria e avvicinarsi al modello.

Lì, segna la posizione del foglio laser come riferimento per le misurazioni successive. Termina spegnendo il laser e trasferendo i dati al computer. Questa misurazione richiede un laser diverso.

Sostituire il laser continuo con il laser pulsato. Con il laser acceso, controllarne il percorso e, se necessario, regolare la lente convessa. Assicurarsi che il raggio intersechi il modello lungo la linea che segna la posizione del laser continuo.

Inoltre, sostituire la fotocamera digitale. Al suo posto, sostituisci una telecamera CCD ad alta velocità. Controlla la telecamera con il sincronizzatore e il laser a doppio impulso.

Ora, vai al modello e identifica una regione in cui è possibile osservare le strutture. Ancora una volta, posiziona una piastra di calibrazione sull'ala in quella regione. Metti a fuoco la piastra di calibrazione e scatta diverse foto.

Rimuovere la piastra di calibrazione prima di continuare. Avviare il software PIV e impostare i parametri. Avvia il flusso della galleria del vento alla velocità desiderata.

Regolare il laser al livello di potenza più alto. Utilizzare il software per avviare l'acquisizione dei dati per 100 secondi. Se le immagini acquisite sono accettabili, salvarle e continuare eseguendo altri casi.

Questa è un'immagine elaborata della sezione trasversale longitudinale dalla visualizzazione del flusso di fumo. C'è una scala di 10 millimetri come riferimento. L'immagine rivela il nucleo del vortice del bordo d'attacco primario, lo strato di taglio in rotolamento con sottostrutture vorticose, la rottura del vortice e la scia turbolenta.

Questo video mostra le oscillazioni delle posizioni di rottura del vortice del bordo d'attacco nelle sezioni trasversali del trasferimento. L'analisi delle posizioni di rottura misurate per ogni istante indica una forte interazione antisimmetrica. Questo è un risultato della velocimetria dell'immagine delle particelle mediata nel tempo che mostra la vorticità adimensionale nella sezione trasversale longitudinale.

Il nucleo primario del vortice può essere identificato dalla linea di flesso della vorticità positiva e negativa, contrassegnata dalla linea tratteggiata nera. Le linee continue circondano le regioni con la forza di vortice locale inferiore a zero, indicando vortici dello strato di taglio. La sottostruttura aggiuntiva è circondata da linee tratteggiate bianche.

Questo risultato della vorticità della velocimetria dell'immagine delle particelle mediata nel tempo è alla sezione trasversale della campata. Il flusso si separa dal bordo d'attacco, forma uno strato di taglio e rotola nel nucleo del vortice su entrambi i lati dell'ala. Ci sono sottostrutture vorticose stazionarie all'interno degli strati di taglio.

Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in un'ora se eseguita in modo appropriato. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come osservare il fenomeno del flusso instabile di un'ala a delta cilindrica utilizzando le tecniche di visualizzazione del flusso sopra menzionate. Non dimenticare che lavorare con i laser può essere estremamente pericoloso e che durante l'esecuzione di ogni esperimento è necessario prendere sempre precauzioni come indossare occhiali di protezione laser.