Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
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Protocol
1. Wind Tunnel Setup
- Modello ad ala Delta
- 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).
- Struttura di Galleria del vento
- 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). - 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.
- 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%.
- Installare l'ala di delta
- 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 °.
- 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 °.
- Impostare il foglio di laser
- Utilizzare due laser separatamente per illuminare le strutture di flusso per la misura di PIV e visualizzazione del flusso di fumo.
- 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).
- 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.
- Indossare occhiali di protezione laser appropriato.
- 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
, 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). - 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. - 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.
- 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.
- Utilizzare due laser separatamente per illuminare le strutture di flusso per la misura di PIV e visualizzazione del flusso di fumo.
- Installazione della telecamera
- Spegnere il laser quando si imposta la fotocamera. Come con i laser, è possibile utilizzare due telecamere per ogni parte separata di questo esperimento:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Spegnere il laser quando si imposta la fotocamera. Come con i laser, è possibile utilizzare due telecamere per ogni parte separata di questo esperimento:
- 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
nella visualizzazione Portata fumi; così, la variazione complessiva di densità di flusso in galleria del vento è 
. - Installazione del software di PIV
- 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.
- 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%.
, 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).
nella visualizzazione Portata fumi; così, la variazione complessiva di densità di flusso in galleria del vento è 
.2. esecuzione dell'esperimento
-
Migliorata la visualizzazione del flusso di fumo
- 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.
- Accendere il laser continuo. Utilizzare la fotocamera digitale per catturare istantanee di 5-10 della struttura flusso.
- 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.
- 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.
- Prendere più istantanee (in genere circa 20) e video (circa 40 s) con opportuna configurazione. Disattivare il laser e trasferire i dati al computer.
-
Misurazione di PIV
- 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.
- Ripetere i passaggi 1.4.6 - 1.5.3 per registrare la taratura per la misura di PIV.
- 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.
- 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.
- 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).
- 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.
3. elaborazione dei dati
-
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).- 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).
- 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).
- 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).
- Registrare le posizioni di ripartizione di vortice e loro tempi corrispondenti. La storia di tempo dell'oscillazione ripartizione così possa essere ottenuta.
- 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.
-
Misurazione di PIV
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
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Representative Results
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 lavoro di altri13,19,20.
Nella figura 3 viene mostrata la struttura di flusso LEV in sezione trasversale longitudinale a α = 34 ° e Re = 75.000. L'immagine originale è stato catturato dalla fotocamera digitale in formato RGB, con una durata di esposizione di 1/500 secondi. In questa figura, la coordinata è normalizzata per la lunghezza di corda di ala a delta. Una scala di 10 mm viene rappresentata in alto a destra per riferimento. Il risultato dimostra chiaramente il nucleo primario di LEV, che si sviluppa dalla punta dell'ala delta alla valle in una linea retta. Vicino alla posizione a x = 0,19 c, il nucleo del vortice si espande all'improvviso. Questo è noto come il bordo d'attacco vortice ripartizione9,21. Dopo la posizione di ripartizione, sulla scia diventa turbolenta. Intorno al nucleo primario di LEV sono piccole strutture vorticose. Queste sottostrutture provengono da bordi e ricciolo intorno al nucleo del vortice primario all'interno di avvolgimento shear strato12,22,23. Come le sostruzioni sposta nello strato interno della LEV, la loro forma è allungata a causa del componente relativamente ad alta velocità in direzione longitudinale vicino al nucleo del vortice. Durante l'esperimento, si fa notare che la struttura del flusso della LEV è abbastanza ferma, tranne nella posizione di ripartizione LEV. Questo risultato dimostra che questo metodo di visualizzazione del flusso fumo può raggiungere un buon equilibrio tra la struttura locale piccolo flusso e l'evoluzione della struttura flusso globale.
La figura 4 Mostra le immagini di tipici delle particelle in una regione di 64x64 pixel, catturato dalla misura di PIV. Nella zona di interrogatorio di 32 x 32 pixel nel telaio A, ci sono 10 particelle identificate, segnate da cerchi gialli. Dopo l'intervallo di tempo tra due fotogrammi, queste particelle si spostano in nuove posizioni, come indicato in cornice. Gli spostamenti sono circa un quarto della zona di interrogatorio, risultante in una sovrapposizione quasi 70% tra queste aree di interrogatorio. Inoltre, quasi tutte le particelle rimangono nel piano del foglio del laser, che indica che i parametri di configurazione sono stati scelti in modo appropriato per questo caso.
La figura 5 Mostra i risultati PIV tempo-mediata nelle sezioni trasversali longitudinale e spanwise. Prima di effettuano queste misurazioni, la visualizzazione migliorata Portata fumi è condotto per identificare la posizione di nucleo del vortice primario, come segue 2.1.1 - 2.1.3. Le coordinate nella Figura 5 sono normalizzate da Ala delta corda lunghezza c e la lunghezza di semispan locale SL. La vorticità 
è normalizzato come ω * = ωU∞/c. Secondo questo risultato, il nucleo primario vortice può essere facilmente identificato dalla linea inflessione della vorticità positiva e negativa, ed è contrassegnato dalla linea tratteggiata nera. Nelle regioni inferiore e superiore, gli strati di taglio rotolamento mostrano grande vorticità. Le λci criterio24,25 viene utilizzato per identificare i vortici da misura di PIV. In Figura 5, le linee continue illustrano la regione con una forza vorticoso locale inferiore a zero, che indica l'esistenza di vortici. Vicino al nucleo, le sottostrutture sono allungate e non vengono visualizzati nel contorno di forza vorticoso. Tuttavia, il contorno di vorticità concentrato ancora suggerisce le sostruzioni qui, indicata dalla linea tratteggiata bianca. In Figura 5b, la mappa di vettore di velocità illustra chiaramente che su ogni lato, il flusso separa all'avanguardia e forma uno strato di taglio forte, che più tardi rotoli nel nucleo LEV. Complementari alla struttura del flusso in sezione trasversale longitudinale, la struttura di flusso spanwise mostra chiaramente l'evoluzione delle sostruzioni del vorticose esterne.
Figura 1: schemi di configurazioni. (a) il modello ad ala delta; configurazioni (b-d) per la misura di PIV in sezione longitudinale, sezione trasversale spanwise e la sezione trasversale, rispettivamente. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: misurazione della posizione di ripartizione LEV. (a) un risultato di visualizzazione Portata fumi mostrando la struttura all'avanguardia vortice in sezione trasversa: α = 34 ° e Re = 50.000; l'area contrassegnata è ruotato e successivamente trasformato. (b) l'immagine binaria del tracciato (a), che mostrano chiaramente il nucleo LEV e ripartizione. (c) la somma di ogni colonna nell'immagine binaria (b) e la posizione di ripartizione LEV identificata in direzione longitudinale (direzione x), normalizzata dalla corda lunghezza c. (d) le storie di tempo delle posizioni ripartizione LEV. 
è la posizione di tempo-mediata e 
è la distanza istantanea alla posizione mediato nel tempo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: la struttura all'avanguardia vortice nella sezione trasversale longitudinale a α = 34 ° e Re = 75.000, ottenuti dalla visualizzazione Portata fumi. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: immagini di particelle in una regione di 64x64 pixel. La corrispondente zona di interrogatorio è 32 x 32 pixel. L'intervallo di tempo tra i fotogrammi A e B è 80 microsecondi. Le particelle identificate nella zona interrogatorio originale sono contrassegnate da cerchi gialli. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: Risultati tempo-mediata PIV. (un) adimensionale vorticità ω * contorno con linee continue marcatura che le regioni con locale vorticoso forza inferiore a zero nella sezione trasversale longitudinale. (b) Dimensionless vorticità ω * contorno con vettori di velocità nella sezione trasversale spanwise a x = 0,4c; le coordinate sono normalizzate dalla locale lunghezza semispan SL (α = 34 ° e Re = 50.000). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
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Discussion
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 flusso tramite il foglio di laser. La visualizzazione migliore portata fumi può ottenere la struttura del flusso globale e le piccole strutture locali allo stesso tempo, che è utile per ottenere una panoramica di una struttura di flusso sconosciuto. L'analisi quantitativa di PIV fornisce una mappa dettagliata di vettore del campo di flusso interessante. Così, combinando questi metodi di visualizzazione del flusso può migliorare significativamente l'efficienza di ricerca.
Confrontato con visualizzazione del flusso normale filo di fumo, il metodo di visualizzazione del flusso di fumo ha dimostrato qui è piuttosto efficientemente condotto. Perché le particelle sono distribuite uniformemente, strutture di piccolo flusso sono facilmente identificabili. In un complesso flusso tridimensionale, questo metodo consente la lamiera laser essere impostare in qualsiasi posizione spaziale per osservare i campi di flusso in diverse sezioni, mentre nel metodo tradizionale filo di fumo, il foglio di laser deve sempre essere allineato con il fumo direzione e la finestra di osservazione è di conseguenza limitato26. Inoltre, questo metodo migliorato non perdere alcun dettaglio di flusso causati dall'assenza del fumo in alcune regioni durante un esperimento di filo di fumo. Tuttavia, questo metodo non sarebbe adatto a strutture di anello aperto Galleria del vento a causa di come viene effettuata la semina. I dati di visualizzazione del flusso devono essere attentamente analizzati per evitare le insidie di luminarie immaginario3,27.
Perché il campo di flusso sopra l'ala di delta è altamente tridimensionale e sensibili a qualsiasi tipo di disturbo, le indagini non intrusiva sono raccomandate21. Per misure in aerei, è essenziale considerare il componente di velocità ortogonali sull'aereo da osservazione durante PIV misura28,29. In questo caso, l'intervallo di tempo tra due telai e dello spessore del foglio laser deve essere un compromesso con la velocità ortogonale per garantire che la maggior parte delle particelle non spostare il foglio di laser. Per le misure simili, si consiglia di eseguire diversi casi con i parametri di installazione diverso in anticipo per identificare quelli più adatti.
I metodi di visualizzazione flusso descritti in questa carta sono conveniente, efficiente e a basso costo. In futuro, queste tecniche si applicherà ai campi di flusso complesso con controllo di flusso attivo, come bluff bodydrag interazione riduzione e vortice-struttura, per valutare gli effetti di controllo rapidamente, capire i meccanismi di controllo e accelerare il ottimizzazione dei parametri di controllo.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Acknowledgments
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.
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 |
References
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