Waiting
로그인 처리 중...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Eksperimentel undersøgelse af strukturen Flow over en Delta Wing Via Flow visualisering metoder

Published: April 23, 2018 doi: 10.3791/57244
Automatic Translation
1, 1, 1
1Department of Mechanical Engineering, Hong Kong Polytechnic University

Summary

Vi præsenterer her, en protokol for at observere usikker vortical strømme over en delta wing ved hjælp af en modificeret røg strømmen visualisering teknik og efterforske den mekanisme, der er ansvarlig for svingninger af førende vortex opdeling steder.

Abstract

Det er velkendt, at feltet flow over en delta wing er domineret af et par af counter roterende forkant hvirvler (LEV). Deres mekanisme er imidlertid ikke godt forstået. Flow visualisering teknik er en lovende ikke-påtrængende metode til at illustrere feltet komplekse flow rumligt og tidsligt. En grundlæggende flow visualisering installation består af en høj-drevne laser og optik linser til at generere laser-ark, et kamera, en tracer partikel generator og en registerfører. Opsætningen af vindtunnel, specifikationer af involverede enheder og de tilsvarende parameterindstillinger er afhængige af funktionerne flow der skal indhentes.

Normal røg wire flow visualisering benyttes en røg ledning til at vise flow streaklines. Dog, effektiviteten af denne metode er begrænset af dårlig rumlige opløsning når det er udført i et komplekst flow felt. Derfor er der udarbejdet en forbedret røg strømmen visualisering teknik. Denne teknik viser den omfattende globale LEV flow felt og små shear lag flow struktur på samme tid, giver en værdifuld reference til senere detaljerede partikel billede Velocimetri (PIV) måling.

I dette papir, er anvendelse af forbedret røg strømmen visualisering og PIV måling at studere usikker flow fænomener over en delta wing påvist. Procedure og advarsler for at udføre eksperimentet er opført, herunder vindtunnel setup, dataopsamling og databehandling. De repræsentative resultater viser, at disse to flow visualisering metoder er effektive teknikker til at undersøge feltet tredimensionale flow kvalitativt og kvantitativt.

Introduction

Flowmåling via visualiseringsteknikker er en grundlæggende metode i væske engineering. Blandt de forskellige visualiseringsteknikker er røg wire flow visualisering i vindtunnel eksperimenter og farvestof visualisering i vand tunnel eksperimenter den mest udbredte til at illustrere strømmen strukturer kvalitativt. PIV og laser Doppler anemometry (LDA) er to typiske kvantitative teknikker1.

I røg wire flow visualisering, røg streaklines genereres fra olie dråber på en varme ledning eller injiceres fra den ydre røg generator/beholder under forsøgene. High-Power lys eller laser plader anvendes til at belyse den røg streaklines. Billeder bliver så optaget af yderligere analyse. Dette er en enkel, men meget nyttig flow Visualisering metode2. Effektiviteten af denne metode kan dog begrænses af forskellige faktorer, såsom den korte varighed af røg ledninger, feltet komplekse tredimensionale flow, den relativt høje hastighed af strømmen, og effektiviteten af røg generation3.

I PIV målinger, et tværsnit af et flow felt med indblandede partikler er belyst af en laser-ark, og instant positioner af partikler i dette tværsnit er fanget af en high-speed kamera. Inden for en meget lille tidsinterval, er et par af billederne optaget. Ved at dividere billederne i et gitter af forhør områder og beregning af den gennemsnitlige bevægelse af partikler i forhør områder gennem cross-korrelation funktioner, kan øjeblikkelige hastighed vektor kort i denne observerede tværsnit opnås. Imidlertid er det også kendt at kompromiser skal nås for faktorer, herunder størrelsen af vinduet bemærkning, opløsning af velocity kort, velocity størrelsesorden i flyet, tidsintervallet mellem par af billederne, den ortogonale hastighed størrelsesorden, og partikel tæthed4. Derfor, mange sonderende eksperimenter kan være nødvendigt at optimere indstillingerne for eksperimenterende. Det ville være dyrt og tidskrævende at efterforske en ukendte og komplekse flow felt med PIV måling alene5,6. I betragtning af de ovennævnte betænkeligheder, er en strategi til at kombinere røg strømmen visualisering og PIV måling foreslået og demonstreret her for at studere den komplekse flow over en slank delta wing.

Talrige undersøgelser af LEV strømme over delta vinger har været gennemført7,8, med flow visualiseringsteknikker, der anvendes som de primære værktøjer. Mange interessante flow fænomener er blevet observeret: spiral type og bubble type vortex opdelinger9,10, en usikker shear lag underkonstruktionen11,12, svingninger af LEV opdeling steder13 , og virkningerne af pitching og krøje vinkler14,15,16 på flow strukturer. Men de underliggende mekanismer i nogle usikker fænomener i delta wing strømme fortsat uklart7. I dette arbejde, er røg strømmen visualisering forbedret ved hjælp af de samme seeding partikler brugt i PIV måling, i stedet for en røg wire. Denne forbedring højlig forenkler driften af visualisering og øger kvaliteten af billederne. Baseret på resultaterne fra forbedret røg strømmen visualisering, fokuserer PIV måling på disse områder af interesse at erhverve de kvantitative oplysninger, flow.

Her, er en detaljeret beskrivelse fastsat til at forklare hvordan at foretage et flow visualisering eksperiment i en vindtunnel og undersøge usikker flow fænomener over en delta wing. To metoder, visualisering, forbedret røg strømmen visualisering og PIV måling, der bruges sammen i dette eksperiment. Proceduren indeholder en trinvis vejledning til enheden setup og parameter justering. Typiske resultater er påvist for at vise fordelen, at kombinere disse to metoder til at måle feltet komplekse flow, rumligt og tidsligt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. vindtunnel Setup

  1. Delta wing model
    1. Konstruere en delta wing model fra aluminium, med en feje vinkel φ 75 °, en akkord længde c 280 mm, en rod span b 150 mm og en tykkelse på 5 mm. Har begge forkanterne, facet på 35° at fastsætte adskillelse punkt17 (Se figur 1a).
  2. Vindtunnel facilitet
    1. Udføre eksperimenter i et lukket kredsløb lav hastighed vindtunnel, med en test sektion af 2,4 m (længde) × 0,6 m (bredde) × 0,6 m (højde), der er udstyret med glasvægge, der giver optisk adgang under forsøgene. Den turbulente intensiteten af sådanne anlæg skal være mindre end 0,4%.
      Bemærk: I denne undersøgelse brugte vi en vindtunnel på The Hong Kong polytekniske universitet med de ovenstående karakteristika. Også, freestream hastighed U∞ varierede fra 2,64 m/s til 10.56 m/s, svarende til en Reynolds tal, Re, 5 × 104 2 × 105, baseret på akkord længden af delta-fløj, som er den typiske flyvning til en ubemandet arealundersøgelses køretøj (UAV).
    2. Efter behov, skal du bruge tre forskellige ordninger (Se figur 1b-d) af laser-ark og kameraer til at observere flow strukturer i længderetningen tværsnit, span-wise tværsnit og tværgående tværsnit. Skemaer af opsætningen er vist i figur 1b.
      Bemærk: Denne protokol demonstrerer opsætning og måling i længderetningen tværsnit i detaljer.
  3. Installere delta wing
    1. Fix delta wing bagkant på sting, som er på en cirkulær bevægelse guide bruges til at justere vinklen på angreb (AoA), α. Den cirkulær guide ligger på den centrale linje i afsnittet vindtunnel test. Delta wing center kan således altid på midten af afsnittet test. Justere AoA til α = 34 °.
    2. Nøje justere delta wing model for at minimere enhver krøje vinkel og roll vinkel, ved at kontrollere aflæsningerne af en vinkel meter og en tre-akse laser niveau. I den aktuelle undersøgelse er usikkerheden af disse to vinkler mindre end 0,1 °.
  4. Opsætning af laser-ark
    1. Bruge to lasere separat til at belyse flow strukturerne til PIV måling og røg strømmen visualisering.
      1. Til PIV måling, bruge en dobbelt puls laser med en bølgelængde på 532 nm og en maksimal energi af 600 mJ (justerbar) for hver puls. Kontrollere den med en synchronizer med transistor-transistor logic (TTL) signaler (Se figur 1b).
      2. For røg strømmen visualisering, bruge en kontinuerlig laser med en bølgelængde på 532 nm og en strøm af 1 W. Denne kontinuerlige laser arbejder uafhængigt. Under setup installationen, skal du bruge et filter med neutral tæthed med 10% lystransmission filtrere laserstråle til sikkerhed.
    2. Bære passende laser beskyttelsesbriller.
    3. Justere refleksion spejl for at indføre laserstrålen i vindtunnel. Vinklen mellem den laser lys akse og spejlet er Equation 1 , at gøre laserstrålen normale på delta wing overfladen. Sikrer, at laserstrålen er omkring position x/c ≅ 0,25, hvilket senere vil være centrum for field of view (FOV).
    4. Installere laser optik (med kontinuerlig laseren, i første omgang) til at danne laser-ark, som vist i figur 1b. Den konvekse linse bruges til at styre laser stråle størrelse (også pladetykkelse). Cylindrisk objektivet udvider laserstrålen til en laser ark.
      Bemærk: I den aktuelle undersøgelse, brændvidden af cylindrisk linse er 700 mm, og den cylindrisk linse diameter er 12 mm.
    5. Kontrollere pladetykkelse laser ved at måle laser linjen på modellen. Justere placeringen af den konvekse linse hvis laser ark tykkelse ikke er egnet (her, omkring 1 mm, med en effektiv bredde af laser-ark i afsnittet test af omkring 100 mm). Bemærk, at tykkelsen af laser-ark er afhængig af 1) komponenten hastighed i den normale retning til arket laser og 2) tidsintervallet mellem par Snapshots i PIV måling.
    6. Sætte en kalibrering mål plade på delta wing, med dens overflade sammenfaldende i laser ark. Dette trin er vigtigt, fordi FOV i den aktuelle undersøgelse ikke er ortogonale i forhold til vindtunnel koordinaten.
  5. Kamera setup
    1. Slukke lasere, når du opsætter kameraet. Som med lasere, skal du bruge to kameraer for hver særskilt del af dette eksperiment:
      1. Til PIV måling, skal du bruge en højhastigheds CCD kamera med en opløsning på 2048 × 2048 pixels. Dette kamera styres af synchronizer og dobbelt puls laser (Se figur 1b). Data i dette kamera vil blive sendt direkte til computeren.
      2. For røg strømmen visualisering, bruge en kommerciel digital kamera med en snapshot-opløsning af 4.000 × 6000 pixels og en 50 Hz video optagelse opløsning på 720 × 1280 pixel i røg strømmen visualisering. Det vil betjenes manuelt.
    2. Flytte kameraets position (kommercielle digital kamera, i første omgang) til at opnå den ønskede FOV. Justere kameraets linse til at fokusere på kalibrering mål plade. Sørg for hele feltet er fokuseret. Hvis ikke, koordinaterne af kameraet kan ikke være ortogonale i forhold til kalibrering mål plade. Således, justere kameraets position omhyggeligt18.
    3. Tage flere rammer, når kameraet er godt sat. Senere, skal disse rammer af kalibrering mål plade bruges til at kalibrere skaleringsfaktoren mellem den reelle størrelse og ramme pixel og identificere reference placering i xyz-koordinat. Fjern derefter kalibrering mål plade.
  6. Tænd vindtunnel ved lav hastighed (fx, 3 m/s) og injicere olie partikler i vindtunnel. Indstille pres af aerosol generator på 2,5 bar og drive det til 30 s for pre seedede flow Visualisering metode. Efter dette, vil det hele vindtunnel forhåndsudfyldes ensartet med olie partikler på normale diameter af ca. 1 µm.
    Bemærk: I den aktuelle undersøgelse, den anslåede olie partikel tæthed koncentration i vindtunnel er ca Equation 2 i røg strømmen visualisering; således, den samlede flow tæthed ændring i vindtunnel er Equation 3 .
  7. PIV software setup
    1. PIV kontrolsystem med PIV-software (se tabel af materialer). Denne software kan kommandoen synchronizer sende TTL signaler til laser og kameraet, som vist i figur 1b.
    2. Indstille samplingfrekvensen til 5 Hz, med en total prøveudtagning antal 500. Tidsintervallet mellem PIV rammer er 80 µs. Bemærk, at tidsintervallet er afhængig af størrelsen af FOV og flow hastigheden. Sørg for at forhør områder i to rammer har om en 50-75% overlap.

2. kører forsøget

  1. Forbedret røg strømmen visualisering
    1. Tænde vindtunnel på den ønskede freestream hastighed (U = 2,64 m/s). Køre det til 10 min at stabilisere freestream hastighed. Ved Re = 50.000, freestream hastighed er U = 2,64 m/s.
    2. Slå løbende laser. Brug det digitale kamera til at indfange 5-10 snapshots af flow struktur.
    3. Kontrollere, om laser-ark er på de langsgående tværsnit af LEV kerne (se den typiske struktur er vist i figur 3). Hvis ja, markere denne position på delta wing model som reference til senere PIV måling; ellers, ændre placeringen af laser-ark ved at justere den optik linse og nulstille kalibrering følgende trin 1.4.6 - 1.5.3.
    4. Gennemgå disse billeder og kontrollere fokus og lysstyrke. Hvis billedkvaliteten ikke er tilfredsstillende, justere blænde af linsen eller ISO opsætning.
    5. Tage flere snapshots (typisk omkring 20) og videoer (ca 40 s) med den korrekte installation. Slukke laser og overføre data til computeren.
  2. PIV måling
    1. Baseret på den reference placering kendt fra trin 2.1.3 og resultaterne af snapshots fra trin 2.1.5, vælge en interessant region (x/c≈ 0,3) som FOV, hvor vortical delstrukturer kan observeres. Erstatte kontinuerlig laser og digital kamera med dobbelt puls laser og CCD kamera til PIV måling.
    2. Gentag trin 1.4.6 - 1.5.3 optage kalibrering for PIV måling.
    3. Tænde vindtunnel på den ønskede freestream hastighed, U = 2,64 m/s. køre det i 10 minutter for at sikre, at freestream hastighed er stabil.
    4. Justere dobbelt puls laser til den højeste effekt og stå ved. Bruge softwaren til at starte dataopsamling til 100 s. Når data optagelsen er færdig, skal du slukke laser hovedet.
    5. Anmeld de erhvervede billeder i softwaren og kontrollere laser ark distribution, partikel tæthed (normalt 6-10 partikler i hver ønskede forhør område), fokus og partikel forskydning mellem de dobbelte rammer (25-50% af afhøringen område).
    6. Hvis kvaliteten af billederne er tilfredsstillende, som beskrevet i trin 2.2.5., gemme data på harddisken af PC og køre de andre tilfælde ved at gentage ovenstående trin. Ellers Gentag trin 1.7 og 2.2 og nøje justere opsætningen.

3. databehandling

  1. Forbedret røg visualisering
    Bemærk: Det følgende trin, 3.1.1-3.1.4, sker via MATLAB kode automatisk (Se Supplerende kodning fil).
    1. Omdanne videoen i en sekvens af rammer. Konvertere billeder fra formen RGB til gråtoner. Rotere rammen for at gøre delta wing overfladen vandret. Vælge området af interesse for senere forarbejdning (figur 2a).
    2. Justere lysstyrke og kontrast til at fremhæve flow struktur. Anvende en adaptive tærskel for at omdanne det grå billede til et binært billede (figur 2b).
    3. Tilføje op de binære værdier i hver kolonne og finde den position, hvor summen pludselig skifter. Denne holdning er vortex opdeling placering (figur 2 c).
    4. Optage vortex opdeling steder og deres tilsvarende gange. Tid historie opdeling svingning kan dermed opnås.
    5. Bruge pixel-real størrelse skala faktor (målt fra billeder med kalibrering mål plade i trin 1.5.3) til at omdanne tid historien fra pixels til reelle størrelse og til at identificere reference holdning. Plot tid historie opdeling svingning.
  2. PIV måling
    1. Køre PIV software. Bruge billederne erhvervet i trin 2.2.2 skaleringsfaktoren og reference placering af koordinaterne. Pre-behandle de indsamlede data gennem forarbejdning billedbibliotek til at fremhæve partiklerne og reducere støj18.
    2. Du kan bruge metoden adaptive forhør område med et minimum gitterstørrelse i 32 × 32 pixels og en minimum overlapning af 50%. Vælg billedområdet og sæt 3 x 3 vektor validering for de adaptive cross-sammenhænge.
    3. Resultatet er givet som en hastighed vektor felt, hvor de blå vektorer er de korrekte vektorer, de grønne, er de substituerede vektorer, og de røde er dårlig vektorer.
    4. Anvende 3 x 3 flytter gennemsnitlige valideringsmetode til at anslå den lokale hastighed ved at sammenligne vektorer i dens nabolag. Erstatte vektorer, der afviger for meget fra deres naboer med gennemsnittet af deres naboer.
    5. Beregne vektor statistik i hastighed kort at opnå flydeegenskaber i tid historie, f.eks., den tid-gennemsnit hastighed, standardafvigelse og Kors-sammenhæng mellem hastighed komponenter. Beregne de skalar derivater fra vektor kort til at vise de indre funktioner af feltet flow, fx, vorticity, shear understreger og hvirvlende styrke.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figur 2d viser tid historier af LEV opdeling steder. Den sorte kurve viser den portside LEV og den røde kurve viser styrbord LEV. Tidsskalaen er nondimensionalized af gratis stream hastighed og akkord længde. Korrelationskoefficienten mellem disse to tid historier er r = −0.53, der angiver en stærk anti-symmetrisk interaktion af LEV opdeling placering svingninger. Dette resultat er enig godt med andres arbejde13,19,20.

Figur 3 viser LEV flow struktur i længderetningen tværsnit på α = 34 ° og Re = 75.000. Det oprindelige billede blev taget til fange af digitalkamera i RGB-form, med en eksponeringsvarighed 1/500 sekunder. I denne figur, er koordinaten normaliseret af delta wing akkord længde. En 10 mm skala er afbildet på det øverste højre hjørne for reference. Resultatet viser klart den primære LEV kerne, som udvikler fra spidsen af delta-vinge til den downstream i en lige linje. I nærheden af position ved x = 0,19 c, vortex core pludselig udvider. Dette er kendt som forkant vortex fordeling9,21. Efter opdeling placeringen bliver kølvandet turbulent. Omkring det primære LEV kerne er små vortical strukturer. Disse ofringer stammer fra forkanten og hvirvles rundt den primære vortex kerne inden for rullende op shear lag12,22,23. Delstrukturer bevæger os ind i det inderste lag af LEV, strakte deres form på grund af den relativt høje hastighed komponent i længderetning nær vortex kerne. Under eksperimentet bemærkes det, at LEV flow struktur er helt stationært, undtagen på LEV opdeling sted. Dette resultat viser, at denne røg strømmen Visualisering metode kan opnå en god balance mellem den lokale små flow struktur og globale flow struktur evolution.

Figur 4 viser de typiske partikel billeder i en 64 x 64 pixel region, erobret fra PIV måling. På 32 x 32 pixel forhør område i rammen A er der 10 identificeret partikler, markeret med gule cirkler. Efter tidsintervallet mellem to rammer fortrænge disse partikler til nye steder, som vist i rammen B. Forskydninger er omkring en fjerdedel af området forhør, hvilket resulterer i en næsten 70% overlapning mellem disse forhør områder. Desuden, forbliver næsten alle partiklerne i laser ark plan, der angiver, at opsætningsparametrene passende blev valgt for denne sag.

Figur 5 viser de tid i gennemsnit PIV resultater i tværsnit streamwise og spanwise. Før disse målinger er udført, er forbedret røg strømmen visualisering udført for at identificere den primære vortex core holdning, følgende trin 2.1.1 - 2.1.3. Figur 5 -koordinaterne er normaliseret delta wing akkord længde c og den lokale semispan længde SL. Vorticity Equation 4 er normaliseret som ω * = ωU∞/c. Ifølge dette resultat, den primære vortex kerne let kan identificeres af linjen, bøjning af de positive og negative vorticities, og det er præget af den sorte stiplede linje. I den øverste og nederste regioner viser de rullende shear lag store vorticities. Λci kriterium24,25 bruges til at identificere hvirvler fra PIV måling. I figur 5illustrerer de ubrudte linjer i regionen med en lokal hvirvlende styrke mindre end nul, der angiver eksistensen af hvirvler. I nærheden af kernen, delstrukturer er strakt og vises ikke i den hvirvlende styrke kontur. Koncentreret vorticity contour antyder imidlertid stadig ofringer her, præget af den hvide stiplede linje. I figur 5billustrerer velocity vektor kort klart at strømmen på hver side, adskiller inden for frontviden og danner en stærk shear lag, som senere ruller ind i LEV kernen. Supplement til strukturen flow i den streamwise tværsnit, spanwise flow struktur klart viser udviklingen af de ydre vortical delstrukturer.

Figure 1
Figur 1: skemaer af opsætninger. (a) delta wing model; (b-d) opsætninger til PIV måling i længderetningen tværsnit, den spanwise tværsnit og de tværgående tværsnit, henholdsvis. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: måling af LEV opdeling placering. a en røg strømmen visualisering resultat viser den førende vortex struktur i den tværgående tværsnit: α = 34 ° og Re = 50.000; det markerede område er roteret og bearbejdes yderligere. (b) den binært billede af det markerede område i a tydeligt viser LEV kerne og opdeling. (c) summen af hver kolonne i den binært billede (b) og den identificerede LEV opdeling placering i streamwise retning (x-retning), normaliseret af akkord længde c. (d) tid historier af LEV opdeling steder. Equation 5 er den tid i gennemsnit holdning og Equation 6 er instant afstanden til den tid-gennemsnit holdning. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: den førende vortex struktur i længderetningen tværsnit på α = 34 ° og Re = 75.000, fremstillet af røg strømmen visualisering. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: partikel billeder i en region, 64 x 64 pixel. Tilsvarende forhør området er 32 x 32 pixel. Tidsintervallet mellem rammer A og B er 80 mikrosekunder. De identificerede partikler i området oprindelige forhør er markeret med gule cirkler. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5: tid-gennemsnit PIV resultater. (en) dimensionsløse vorticity ω * kontur med ubrudte linjer mærkning regioner med lokale hvirvlende styrke lavere end nul i længderetningen tværsnit. (b) Dimensionless vorticity ω * kontur med velocity vektorer i spanwise tværsnit på x = 0,4c; koordinater er normaliseret af den lokale semispan længde SL (α = 34 ° og Re = 50.000). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Denne artikel præsenterer to flow visualisering metoder, forbedret røg strømmen visualisering og PIV måling, til at undersøge flow struktur over delta wing kvalitativt og kvantitativt. De generelle procedurer for eksperimentet er beskrevet trin for trin. Opsætninger af disse to metoder er næsten den samme, mens de involverede enheder er forskellige. Det grundlæggende princip om disse to flow visualisering metoder er at belyse partikler i strømmen via laser-ark. Forbedret røg strømmen visualisering kan opnå globale flow struktur og små lokale strukturer på samme tid, som er nyttige for at opnå et overblik over en ukendt flow struktur. Den kvantitative PIV analyse giver et detaljeret vektor kort over feltet interessant flow. Således, ved at kombinere disse flow visualisering metoder kan forbedre forskning effektivitet.

Sammenlignet med normale røg wire flow visualisering, er røg strømmen Visualisering metode vist her temmelig effektivt udført. Fordi partiklerne er jævnt fordelt, små flow strukturer let kan identificeres. I en kompleks tredimensionale flow tillader denne metode laser ark skal sættes op på nogen geografisk position til at observere felterne flow i forskellige tværsnit, boer i metoden traditionelle røg wire laser ark skal altid justeres med røgen retning og vinduet observation er derfor begrænset26. Derudover denne forbedret metode bør ikke glip af nogen flow detaljer forårsaget af mangel af røg i nogle regioner under en røg wire eksperiment. Denne metode ville imidlertid ikke være egnet til open-loop vindtunnel faciliteter på grund af hvordan seeding er gennemført. Flow visualisering data skal analyseres grundigt for at undgå faldgruberne af imaginære illuminations3,27.

Fordi feltet flow over delta wing er stærkt tre-dimensionelle og følsom over for eventuelle forstyrrelser, anbefales ikke-invasive undersøgelser21. Målinger i fly er det vigtigt at overveje komponenten ortogonale hastighed i observation flyet under PIV måling28,29. I dette tilfælde skal tidsinterval mellem to rammer og laser ark tykkelse være et kompromis med den ortogonale hastighed til at sikre, at de fleste af partiklerne ikke flytte ud af laser-ark. Tilsvarende målinger foreslås det for at køre flere tilfælde med forskellige opsætningsparametre på forhånd at identificere de mest egnede dem.

Flow visualisering metoderne beskrevet i denne hvidbog er nem, effektiv og billig. I fremtiden disse teknikker vil blive anvendt til komplekse flow felter med aktive flowkontrol, såsom bluff krop trække reduktion og vortex-struktur interaktion, at evaluere kontrol effekter hurtigt, forstå kontrolmekanismer og fremskynde den optimering af parametre.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgments

Forfatterne vil gerne takke Hong Kong tilskud Forskningsråd (nr. GRF526913), Hong Kong Innovation og teknologi Kommissionen (nr. ITS/334/15FP), og den os Office af Naval Research globale (nr. N00014-16-1-2161) for økonomisk støtte.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
532 nm Nd:YAG laser Quantel Laser Evergreen 600mJ
High speed camera Dantec Dynamic HiSense 4M
camera lens Tamron SP AF180mm F/3.5 Di
PIV recording and processing software Dantec Dynamic DynamicStudio
cylindrical lens Newport Φ=12 mm
convex lens Newport f=700 mm
neutral density filter Newport
Calibration target custom made
aerosol generator TSI TSI 9307-6
PULSE GENERATOR Berkeley Nucleonics Corp BNC 575
continuous laser APGL-FN-532-1W
Digital camera Nikon Nikon D5200
Image processing Matlab custom code
wind tunnel support custom made
laser level BOSCH GLL3-15X
angle meter BOSCH GAM220

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Smits, A. J. Flow visualization: Techniques and examples. , World Scientific. (2012).
  2. Barlow, J. B., Rae, W. H., Pope, A. Low-speed wind tunnel testing. , Wiley. New York. (1999).
  3. Merzkirch, W. Flow visualization. , Academic Press. (1987).
  4. Raffel, M., Willert, C. E., Wereley, S., Kompenhans, J. Particle image velocimetry: A practical guide. , Springer. (2007).
  5. Westerweel, J., Elsinga, G. E., Adrian, R. J. Particle Image Velocimetry for Complex and Turbulent Flows. Annu Rev Fluid Mech. 45 (1), 409-436 (2013).
  6. Meinhart, C. D., Wereley, S. T., Santiago, J. G. PIV measurements of a microchannel flow. Exp Fluids. 27 (5), 414-419 (1999).
  7. Gursul, I. Review of unsteady vortex flows over slender delta wings. J Aircraft. 42 (2), 299-319 (2005).
  8. Gursul, I., Gordnier, R., Visbal, M. Unsteady aerodynamics of nonslender delta wings. Prog Aerosp Sci. 41 (7), 515-557 (2005).
  9. Lowson, M. Some experiments with vortex breakdown. JRoy Aeronaut Soc. 68, 343-346 (1964).
  10. Payne, F. M., Ng, T., Nelson, R. C., Schiff, L. B. Visualization and wake surveys of vortical flow over a delta wing. AIAA J. 26 (2), 137-143 (1988).
  11. 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).
  12. Riley, A. J., Lowson, M. V. Development of a three-dimensional free shear layer. J Fluid Mech. 369, 49-89 (1998).
  13. Menke, M., Gursul, I. Unsteady nature of leading edge vortices. Phys Fluids. 9 (10), 2960 (1997).
  14. Yayla, S., Canpolat, C., Sahin, B., Akilli, H. Yaw angle effect on flow structure over the nonslender diamond wing. AIAA J. 48 (10), 2457-2461 (2010).
  15. Menke, M., Gursul, I. Nonlinear response of vortex breakdown over a pitching delta Wing. J Aircraft. 36 (3), 496-500 (1999).
  16. Sahin, B., Yayla, S., Canpolat, C., Akilli, H. Flow structure over the yawed nonslender diamond wing. Aerosp Sci Technol. 23 (1), 108-119 (2012).
  17. Kohlman, D. L., Wentz, J. W. H. Vortex breakdown on slender sharp-edged wings. J Aircraft. 8 (3), 156-161 (1971).
  18. Lu, L., Sick, V. High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces. J Vis Exp. (76), e50559 (2013).
  19. Mitchell, A. M., Barberis, D., Molton, P., Délery, J. Oscillation of Vortex Breakdown Location and Blowing Control of Time-Averaged Location. AIAA J. 38 (5), 793-803 (2000).
  20. Shen, L., Wen, C. -y, Chen, H. -A. Asymmetric Flow Control on a Delta Wing with Dielectric Barrier Discharge Actuators. AIAA J. 54 (2), 652-658 (2016).
  21. Leibovich, S. The Structure of Vortex Breakdown. Annu Rev Fluid Mech. 10 (1), 221-246 (1978).
  22. Mitchell, A. M., Molton, P. Vortical Substructures in the Shear Layers Forming Leading-Edge Vortices. AIAA J. 40 (8), 1689-1692 (2002).
  23. Gad-El-Hak, M., Blackwelder, R. F. The discrete vortices from a delta wing. AIAA J. 23 (6), 961-962 (1985).
  24. Zhou, J., Adrian, R. J., Balachandar, S., Kendall, T. M. Mechanisms for generating coherent packets of hairpin vortices in channel flow. J. Fluid Mech. 387, 353-396 (1999).
  25. Adrian, R. J., Christensen, K. T., Liu, Z. C. Analysis and interpretation of instantaneous turbulent velocity fields. Exp Fluids. 29 (3), 275-290 (2000).
  26. Yoda, M., Hesselink, L. A three-dimensional visualization technique applied to flow around a delta wing. Exp. Fluids. 10 (2-3), (1990).
  27. Greenwell, D. I. RTO AVT Symposium. , Leon, Norway. RTO-MP-069(I) (2001).
  28. Furman, A., Breitsamter, C. Turbulent and unsteady flow characteristics of delta wing vortex systems. Aerosp Sci Technol. 24 (1), 32-44 (2013).
  29. Wang, C., Gao, Q., Wei, R., Li, T., Wang, J. 3D flow visualization and tomographic particle image velocimetry for vortex breakdown over a non-slender delta wing. Exp Fluids. 57 (6), (2016).

Tags

Engineering spørgsmål 134 Delta Wing røg strømmen visualisering forkant Vortex Vortex opdeling Vortex svingning partikel billede Velocimetri
Eksperimentel undersøgelse af strukturen Flow over en Delta Wing Via Flow visualisering metoder
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Shen, L., Chen, Z. n., Wen, C.… More

Shen, L., Chen, Z. n., Wen, C. Experimental Investigation of the Flow Structure over a Delta Wing Via Flow Visualization Methods. J. Vis. Exp. (134), e57244, doi:10.3791/57244 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter