Name: Indagine sperimentale della struttura flusso sopra un ala di Delta tramite metodi di visualizzazione del flusso (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-23T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 17 s
Description: Esplora i flussi vorticali instabili sopra un'ala delta utilizzando una tecnica modificata di visualizzazione del flusso con fumo. Questo metodo consente di osservare simultaneamente le strutture globali e cellulari per studiare le oscillazioni del breakdown del vortice.

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Gli autori vorrei ringraziare Hong Kong Research Grants Council (no. GRF526913), Hong Kong innovazione e tecnologia della Commissione (no. ITS/334/15FP) e noi ufficio di navale ricerca globale (no. N00014-16-1-2161) per il sostegno finanziario.

1. Wind Tunnel Setup
<ol><li>Modello ad ala Delta
	<ol>
<li>Costruire un modello ad ala delta da alluminio, con un angolo di sweep φ di 75 °, una lunghezza di corda c di 280mm, una radice span b di 150 mm e uno spessore di 5 mm. Hanno entrambi bordi smussati a 35° per fissare il punto di separazione17 (Vedi Figura 1a).</li>
	</ol></li>
	<li>Struttura di Galleria del vento
	<ol>
<li>Condurre esperimenti in galleria del vento bassa velocità circuito chiuso, con una sezione di test di 2,4 m (lunghezza) × 0,6 m (larghezza) × 0,6 m (altezza) che è attrezzata con pareti di vetro che consentono l'accesso ottico durante gli esperimenti. L'intensità turbolenta di un tale impianto deve essere inferiore a 0,4%. Nota: In questo studio, abbiamo usato una galleria del vento presso l'Hong Kong Polytechnic University con caratteristiche di cui sopra. Inoltre, la velocità di freestream U∞ ha variato da 2,64 m/s a 10.56 m/s, corrispondente a un numero di Reynolds, Re, da 5 × 104 a 2 × 105, basato sulla lunghezza della corda dell'ala delta, che è la gamma di volo tipica per un veicolo aereo senza equipaggio (UAV).</li>
		<li>Se necessario, è possibile utilizzare tre diversi regimi (Vedi Figura 1b-d) del foglio laser e telecamere per osservare le strutture di flusso in sezione longitudinale, sezione trasversale span-wise e la sezione trasversa. Schemi del setup sono mostrati in Figura 1b. Nota: Questo protocollo dimostra l'installazione e la misurazione nella sezione trasversale longitudinale in dettaglio.</li>
	</ol></li>
	<li>Installare l'ala di delta
	<ol>
<li>Fissare il bordo d'uscita dell'ala di delta il pungiglione, che è su una guida di movimento circolare utilizzata per regolare l'angolo di attacco (AoA), α. Il centro della Guida circolare è sulla linea centrale della sezione di prova di Galleria del vento. Così, il centro dell'ala delta può sempre essere al centro della sezione test. Regolare il AoA a α = 34 °.</li>
		<li>Regolare attentamente il modello ad ala delta per minimizzare qualsiasi angolo di imbardata e rullo di angolo, controllando le letture di un misuratore di angolo e un livello laser a tre assi. Nello studio corrente, l'incertezza di questi due angoli è minore di 0,1 °.</li>
	</ol></li>
	<li>Impostare il foglio di laser
	<ol>
<li>Utilizzare due laser separatamente per illuminare le strutture di flusso per la misura di PIV e visualizzazione del flusso di fumo.<ol>
<li>Per la misura di PIV, utilizzare un doppio impulso laser, con una lunghezza d'onda di 532 nm e un'energia massima di 600 mJ (regolabile) per ogni impulso. Controllare con un programma di sincronizzazione con transistor-transistor logic (TTL) segnali (cfr. Figura 1b).</li>
			<li>Per la visualizzazione del flusso di fumo, utilizzare un laser continuo con una lunghezza d'onda di 532 nm e una potenza di 1 w. Questo laser continuo funziona in modo indipendente. Durante l'installazione di installazione, è necessario utilizzare un filtro a densità neutra con 10% di trasmittanza per filtrare il fascio laser per la sicurezza.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Indossare occhiali di protezione laser appropriato.</li>
		<li>Regolare lo specchio di riflessione per introdurre il raggio laser nella galleria del vento. L'angolo tra l'asse di luce laser e lo specchio è <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57244/57244eq1.jpg"> , per fare il raggio laser normale alla superficie di ala a delta. Assicurarsi che il raggio laser viene intorno la posizione x/c ≅ 0,25, che più tardi sarà il centro del campo visivo (FOV).</li>
		<li>Installare ottica laser (con il laser continuo, in un primo momento) per formare il foglio di laser, come mostrato in Figura 1b. La lente convessa è utilizzata per controllare la dimensione del fascio laser (anche lo spessore del foglio). La lente cilindrica espande il raggio laser in un foglio di laser. Nota: In questo studio, la lunghezza focale della lente cilindrica è di 700 mm e il diametro della lente cilindrica è 12 mm.</li>
		<li>Verifica dello spessore del foglio laser misurando la linea laser sul modello. Se lo spessore di lamiera laser non è adatto, regolare la posizione della lente convessa (qui, circa 1 mm, con un efficace larghezza della lamiera laser nel tratto di prova di circa 100 mm). Si noti che lo spessore della lamiera laser dipende 1) la componente di velocità nella direzione normale per il foglio di laser e 2) l'intervallo di tempo tra la coppia di istantanee in misura di PIV.</li>
		<li>Mettere una piastra di segnale di calibrazione sull'ala di delta, con la sua superficie coincidente al foglio di laser. Questo passaggio è essenziale perché il FOV nello studio corrente non è ortogonale alla coordinata di Galleria del vento.</li>
	</ol></li>
	<li>Installazione della telecamera
	<ol>
<li>Spegnere il laser quando si imposta la fotocamera. Come con i laser, è possibile utilizzare due telecamere per ogni parte separata di questo esperimento:<ol>
<li>Per la misura di PIV, utilizzare una telecamera CCD ad alta velocità con una risoluzione di 2048 × 2048 pixel. Questa fotocamera è controllato dal sincronizzatore e il polso dual laser (cfr. Figura 1b). Dati in questa fotocamera saranno trasmessi direttamente al computer.</li>
			<li>Per la visualizzazione del flusso di fumo, è necessario utilizzare una fotocamera digitale commerciale con una risoluzione snapshot di 4.000 × 6.000 pixel e una risoluzione di registrazione video 50 Hz di 720 × 1280 pixel durante la visualizzazione di portata fumi. Esso sarà gestito manualmente.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Spostare la posizione della fotocamera (fotocamera digitale e commerciale, in un primo momento) per ottenere il desiderato FOV. Regolare l'obiettivo della fotocamera di concentrarsi sulla piastra di target di calibrazione. Assicurarsi che l'intero campo è focalizzato. In caso contrario, le coordinate della fotocamera potrebbero non essere ortogonali alla piastra di target di calibrazione. Quindi, regolare la fotocamera posiziona attentamente18.</li>
		<li>Prendere diversi frame dopo che la fotocamera è ben impostata. Più tardi, queste cornici della piastra calibrazione destinazione verranno utilizzate per calibrare il fattore di scala tra la dimensione reale e il pixel del fotogramma e per individuare la posizione di riferimento nella coordinata xyz. Quindi, rimuovere la piastra di segnale di calibrazione.</li>
	</ol></li>
	<li>Attivare la Galleria del vento a bassa velocità (ad es., 3 m/s) e iniettare particelle di olio nella galleria del vento. Impostare la pressione del generatore di aerosol a 2,5 bar e farlo funzionare per 30 s per il metodo di visualizzazione del flusso pre-seminato. Dopo questo, l'intera galleria del vento sarà essere uniformemente seminata con particelle di olio ad un normale diametro di circa 1 µm. Nota: In questo studio, la concentrazione di densità delle particelle di olio stimato nella galleria del vento è circa <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57244/57244eq2.jpg"> nella visualizzazione Portata fumi; così, la variazione complessiva di densità di flusso in galleria del vento è <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57244/57244eq3.jpg"> .</li>
	<li>Installazione del software di PIV
	<ol>
<li>Controllare il sistema PIV con il software PIV (Vedi tabella materiali). Questo software può comandare il sincronizzatore per inviare segnali TTL per il laser e la macchina fotografica, come mostrato in Figura 1b.</li>
		<li>Impostare la frequenza di campionamento a 5 Hz, con un numero di campionamento totale di 500. L'intervallo di tempo tra i fotogrammi PIV è 80 µs. nota che l'intervallo di tempo dipende dalla dimensione della velocità del flusso e FOV. Assicurarsi che le zone di interrogatorio in due fotogrammi hanno circa una sovrapposizione del 50-75%.</li>
	</ol></li>
</ol>2. esecuzione dell'esperimento
<ol><li>
Migliorata la visualizzazione del flusso di fumo
	<ol>
<li>Attivare la Galleria del vento alla velocità desiderata freestream (U = 2,64 m/s). Eseguirlo per 10 min stabilizzare la velocità di freestream. Al Re = 50.000, la velocità di freestream è U = 2,64 m/s.</li>
		<li>Accendere il laser continuo. Utilizzare la fotocamera digitale per catturare istantanee di 5-10 della struttura flusso.</li>
		<li>Verifica se il foglio di laser è a sezione trasversale longitudinale del nucleo LEV (Vedi la tipica struttura illustrata nella Figura 3). In questo caso, contrassegnare questa posizione sul modello ala delta come riferimento per la misurazione di PIV successiva; in caso contrario, modificare la posizione del laser foglio regolando la lente ottica e reimpostare la calibrazione come segue 1.4.6 - 1.5.3.</li>
		<li>Rivedere quelle immagini e controllare la messa a fuoco e luminosità. Se la qualità dell'immagine non è soddisfacente, è possibile regolare il diaframma dell'obiettivo o l'impostazione ISO.</li>
		<li>Prendere più istantanee (in genere circa 20) e video (circa 40 s) con opportuna configurazione. Disattivare il laser e trasferire i dati al computer.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Misurazione di PIV
	<ol>
<li>Base alla posizione di riferimento conosciuta dal passaggio 2.1.3 e i risultati delle istantanee dal punto 2.1.5, scegliere una regione interessante (x/c≈ 0,3) come il FOV, dove possono essere osservate vortical sottostrutture. Sostituire il laser continuo e fotocamera digitale con il doppio impulso laser e telecamera CCD per la misurazione di PIV.</li>
		<li>Ripetere i passaggi 1.4.6 - 1.5.3 per registrare la taratura per la misura di PIV.</li>
		<li>Attivare la Galleria del vento alla velocità desiderata freestream, U = 2,64 m/s. eseguirlo per 10 minuti assicurare che la velocità di freestream è stabile.</li>
		<li>Regolare il laser doppio impulso per il massimo livello di potenza e stand by. Utilizzare il software per avviare l'acquisizione di dati per 100 s. Una volta terminata la registrazione di dati, spegnere la testa del laser.</li>
		<li>Rivedere le immagini acquisite nel software e controllare la distribuzione del foglio di laser, la densità di particelle (solitamente 6-10 particelle in ogni area di interrogazione desiderata), la messa a fuoco e lo spostamento delle particelle tra i fotogrammi doppi (25-50% dell'interrogatorio zona).</li>
		<li>Se la qualità delle immagini è soddisfacente, come descritto al punto 2.2.5., salvare i dati sul disco rigido del PC ed eseguire altri casi ripetendo i passaggi sopra riportati. In caso contrario, ripetere i passaggi da 1.7 e 2.2 e regolare attentamente il programma di installazione.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. elaborazione dei dati
<ol><li>
Migliorata la visualizzazione con il fumo Nota: La seguente procedura, 3.1.1-3.1.4, vengono effettuate automaticamente tramite codice MATLAB (vedere il File di codifica supplementare).<ol>
<li>Trasformare il video in una sequenza di fotogrammi. Convertire i fotogrammi dal modulo RGB in scala di grigi. Ruotare la cornice per rendere la superficie dell'ala di delta orizzontale. Scegli l'area di interesse per l'elaborazione successiva (Figura 2a).</li>
		<li>Regolare la luminosità e il contrasto per evidenziare la struttura del flusso. Applicare una soglia adattiva per trasformare l'immagine in grigio per un'immagine binaria (Figura 2b).</li>
		<li>Sommare i valori binari in ogni colonna e trovare la posizione in cui la somma cambia improvvisamente. Questa posizione è la posizione di ripartizione di vortice (Figura 2C).</li>
		<li>Registrare le posizioni di ripartizione di vortice e loro tempi corrispondenti. La storia di tempo dell'oscillazione ripartizione così possa essere ottenuta.</li>
		<li>Utilizzare il fattore di scala di dimensioni di pixel-real (misurato dalle immagini con la piastra di segnale di calibrazione nel passaggio 1.5.3) per trasformare la storia di tempo da pixel a dimensione reale e per identificare la posizione di riferimento. Tracciare la storia di tempo dell'oscillazione del guasto.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Misurazione di PIV
	<ol>
<li>Eseguire il software PIV. Utilizzare le immagini acquisite nel passaggio 2.2.2 per impostare il fattore di scala e la posizione di riferimento delle coordinate. Pre-elaborare i dati acquisiti attraverso la libreria di elaborazione di immagini per evidenziare le particelle e ridurre rumore18.</li>
		<li>Utilizzare il metodo di zona di interrogatorio adattivo con una dimensione di griglia minima di 32 × 32 pixel e una sovrapposizione minima del 50%. Scegliere l'area dell'immagine e impostare una convalida di 3x3 vettoriale per il cross-correlazioni adattive.</li>
		<li>Il risultato è dato come un campo di vettore di velocità, in cui i vettori blu sono i vettori corretti, quelle verdi sono i vettori sostituiti e quelli rossi sono vettori male.</li>
		<li>Applicare il 3 x 3 media convalida metodo per stimare la velocità locale confrontando i vettori nella sua zona commovente. Sostituire vettori che si discostano troppo da loro vicini con la media dei loro vicini.</li>
		<li>Calcolare le statistiche di vettore nelle mappe di velocità per ottenere le caratteristiche di flusso nella storia di tempo, ad esempio, la velocità media, la deviazione standard e la cross-correlazione tra componenti di velocità. Calcolare i derivati scalari dalla mappa vettoriale per illustrare le funzionalità interne del campo di flusso, ad esempio, la vorticità, sollecitazioni di taglio e forza vorticoso.</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>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Questo articolo presenta i due metodi di visualizzazione del flusso, la visualizzazione migliorato flusso di fumo e la misurazione PIV, per indagare la struttura del flusso sopra l'ala di delta qualitativamente e quantitativamente. Le procedure generali dell'esperimento sono descritte passo per passo. Le configurazioni di questi due metodi sono quasi gli stessi, mentre i dispositivi coinvolti sono diversi. Il principio di base di questi metodi di visualizzazione del due flusso è quello di illuminare le particelle nel flu...

Misurazione del campo di flusso tramite tecniche di visualizzazione è una metodologia di base in ingegneria fluida. Tra le tecniche di visualizzazione differenti, fumo filo visualizzazione del flusso in esperimenti di Galleria del vento e la visualizzazione di tintura in esperimenti di tunnel di acqua sono il più ampiamente usato per illustrare strutture di flusso qualitativamente. PIV e laser Doppler anemometria (LDA) sono due tecniche quantitative tipico1.
Nella visualizzazione del flusso di filo di fumo, fumo streaklines generati da goccioline di olio su un filo di riscaldamento o iniettato dal generatore di fumo/contenitore esterno durante gli esperimenti. Ad alta potenza luci o laser fogli vengono utilizzati per illuminare il fumo streaklines. Immagini vengono quindi registrate per ulteriori analisi. Si tratta di un semplice ma molto utile flusso visualizzazione metodo2. Tuttavia, l'efficacia di questo metodo può essere limitata da vari fattori, come la breve durata di fili di fumi, il campo di flusso tridimensionale complessa, la relativamente elevata velocità del flusso e l'efficienza della generazione del fumo3.
Misure PIV, una sezione trasversale di un campo di flusso con particelle trascinate è illuminata da un foglio di laser, in posizioni istantanee delle particelle in questa sezione vengono catturati da una telecamera ad alta velocità. All'interno di un intervallo di tempo piccole estremamente, viene registrato un paio di immagini. Dividere le immagini in una griglia delle zone di interrogatorio e calcolando il moto medio delle particelle nelle zone di interrogatorio attraverso funzioni di correlazione incrociata, la mappa di vettore velocità istantanea in questo spaccato osservato possa essere ottenuta. Tuttavia, è anche noto che è necessario raggiungere compromessi per fattori tra cui la dimensione della finestra di osservazione, la risoluzione della mappa velocità, la grandezza di velocità nel piano, l'intervallo di tempo tra la coppia di immagini, la velocità ortogonale grandezza e la densità delle particelle4. Di conseguenza, molti esperimenti esplorativi è necessario per ottimizzare le impostazioni sperimentali. Sarebbe costoso e richiede tempo per indagare un campo sconosciuto e complesso flusso con PIV misura solo5,6. Considerando le preoccupazioni di cui sopra, una strategia per combinare PIV misura e visualizzazione del flusso di fumo viene proposto e dimostrata qui per studiare il flusso complesso sopra un'aletta di delta.
Numerosi studi di LEV scorre sopra Ali a delta sono stati condotti7,8, con tecniche di visualizzazione del flusso utilizzati come strumenti primari. Sono stati osservati molte interessanti fenomeni di flusso: tipo di spirale e bolla tipo vortice guasti9,10, un taglio instabile strato sottostruttura11,12, oscillazioni delle posizioni di ripartizione LEV13 , e gli effetti del beccheggio e imbardata angoli14,15,16 sulle strutture di flusso. Tuttavia, i meccanismi di fondo di alcuni fenomeni instabili nei flussi ala delta rimangono poco chiari7. In questo lavoro, la visualizzazione del flusso fumo è migliorata usando le stesse particelle semina utilizzate nella misurazione di PIV, invece di un filo di fumo. Questo miglioramento semplifica l'operazione di visualizzazione e aumenta la qualità delle immagini. Sulla base dei risultati dalla visualizzazione migliorata Portata fumi, misura PIV si concentra su quei campi di flusso di interesse ad acquisire le informazioni quantitative.
Qui, viene fornita una descrizione dettagliata per spiegare come condurre un esperimento di visualizzazione del flusso in una galleria del vento e per indagare su fenomeni di moto vario sopra un ala di delta. Due metodi di visualizzazione, la visualizzazione del flusso di fumo migliorata e la misurazione di PIV, utilizzati insieme in questo esperimento. La procedura include istruzioni dettagliate per la regolazione di installazione e parametro del dispositivo. I risultati tipici sono dimostrati per mostrare il vantaggio di combinare questi due metodi per misurare il campo di flusso complesso spazialmente e temporalmente.

<table><tbody><tr><td>532 nm Laser Nd:YAG</td><td>Quantel Laser</td><td>Evergreen 600mJ</td><td></td></tr><tr><td>Fotocamera ad alta velocità</td><td>Dantec Dynamic</td><td>HiSense 4M</td><td></td></tr><tr><td>obiettivo della fotocamera</td><td>Tamron</td><td>SP AF180mm F/3.5 Di</td><td></td></tr><tr><td>Software di registrazione ed elaborazione PIV</td><td>Dantec Dynamic</td><td>DynamicStudio</td><td></td></tr><tr><td>obiettivo cilindrico</td><td>Newport</td><td></td><td>&Phi;=12 mm</td></tr><tr><td>lente convessa</td><td>Newport</td><td></td><td>f=700 mm</td></tr><tr><td>filtro a densità neutra</td><td>Newport</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Target</td><td></td><td></td> di calibrazione generatore <td>di</td></tr><tr><td>aerosol</td> su misura <td>TSI</td><td>TSI 9307-6</td><td></td></tr><tr><td>GENERATORE DI IMPULSI</td><td>Berkeley Nucleonics Corp</td><td>BNC 575</td><td></td></tr><tr><td>laser</td><td></td> continuo <td>APGL-FN-532-1W</td><td></td></tr><tr><td>Fotocamera digitale</td><td>Nikon</td><td>Nikon D5200</td><td></td></tr><tr><td>Elaborazione delle immagini</td><td>Matlab</td><td></td><td>codice personalizzato</td></tr><tr><td>galleria del vento supporto</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>livello laser</td> su misura <td>BOSCH</td><td>GLL3-15X</td><td></td></tr><tr><td>misuratore di angolo</td><td>BOSCH</td><td>GAM220</td><td></td></tr></tbody></table>

indagine sperimentale della struttura flusso sopra un ala di delta tramite metodi di visualizzazione del flusso

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

È noto che il campo di flusso sopra un ala di delta è dominato da una coppia di vortici di contatore rotante leading edge (LEV). Tuttavia, il loro meccanismo non è buono capito. La tecnica di visualizzazione del flusso è un promettente metodo non intrusivo per illustrare il campo di flusso complesso spazialmente e temporalmente. Una configurazione di visualizzazione del flusso di base è costituito da un laser ad alta potenza e lenti ottiche per generare il foglio di laser, una fotocamera, un generatore di particelle di tracciante e un processore di dati. L'installazione di Galleria del vento, le specifiche dei dispositivi coinvolti e le corrispondenti impostazioni dei parametri dipendono le caratteristiche di flusso per essere ottenuti.
Visualizzazione del flusso normale filo di fumo utilizza un filo di fumo per illustrare il flusso streaklines. Tuttavia, le prestazioni di questo metodo sono limitata dalla scarsa risoluzione spaziale quando è condotta in un campo di flusso complesso. Pertanto, è stata sviluppata una tecnica di visualizzazione migliorata Portata fumi. Questa tecnica viene illustrato il campo di flusso LEV globale su larga scala e la struttura di flusso di strati di taglio su piccola scala allo stesso tempo, fornendo un prezioso riferimento per misura di seguito dettagliate particella immagine velocimetry (PIV).
In questa carta, l'applicazione di visualizzazione migliorata Portata fumi e misurazione PIV per studiare i fenomeni di moto vario sopra un ala di delta è dimostrato. La procedura e le precauzioni per condurre l'esperimento sono elencati, tra cui Galleria del vento installazione, acquisizione dati ed elaborazione dati. I risultati rappresentativi mostrano che questi metodi di visualizzazione del due flusso sono efficaci tecniche per lo studio del campo di flusso tridimensionale qualitativamente e quantitativamente.

Figura 2d Mostra le storie di tempo delle posizioni ripartizione LEV. La curva nera indica il portside LEV e la curva rossa dritta LEV. La scala di tempo è nondimensionalized per la lunghezza di velocità e corda di flusso libero. Il coefficiente di correlazione tra queste due storie di tempo è r = −0.53, che indica una forte interazione anti-simmetrica delle oscillazioni della posizione di ripartizione LEV. Questo risultato concorda bene con il lavor...

Qui, presentiamo un protocollo per osservare i flussi vorticosi instabili nel ala a delta con una tecnica Portata fumi modificate e studiare il meccanismo responsabile per le oscillazioni delle posizioni ripartizione vortice marginale.

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

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 ...

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.

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I polipi di piega vocale possono interrompere la dinamica della piega vocale e quindi possono avere conseguenze devastanti sulla capacità di comunicazione di un paziente. La separazione tridimensionale del flusso indotta da un polipo modello montato a parete e il suo impatto sul carico della pressione della parete vengono esaminati utilizzando la velocimetria dell'immagine delle particelle, la visualizzazione della linea di attrito della pelle e le misurazioni della pressione della parete.

Investigare la separazione tridimensionale del flusso indotta da un modello di polipo piega vocale

Gli impianti di stent nelle curvature arteriose stenozzate sono soggetti a fallimenti di "Tipo IV" che coinvolgono la frattura trasversale completa degli stent e lo spostamento lineare delle parti fratturate. Presentiamo un protocollo per il rilevamento di strutture a flusso secondario (vorticose) in un modello di arteria curva, a valle di fallimenti di stent di "Tipo IV" clinicamente rilevanti.

Indagine sperimentale di strutture flusso secondario a valle di una mancata Modello Tipo IV stent in una sezione di prova a 180 ° curvo Artery

La tecnica descritta nel presente documento offre un metodo relativamente semplice e basso costo per misurare simultaneamente la cinematica delle particelle e turbolenza dei flussi con concentrazioni di particelle basso. La turbolenza è misurata usando particle image velocimetry (PIV) e cinematica delle particelle sono calcolati dalle immagini ottenute con una fotocamera ad alta velocità in un campo di vista sovrapposto.

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