교차 원통형 흐름: 압력 분포 측정 및 항력 계수 추정

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Cross Cylindrical Flow: Measuring Pressure Distribution and Estimating Drag Coefficients

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08:57 min
April 30, 2023

개요

출처: 데이비드 구오, 공학, 기술 및 항공 대학 (CETA), 서던 뉴 햄프셔 대학 (SNHU), 맨체스터, 뉴햄프셔

교차 원통형 흐름에 대한 압력 분포 및 드래그 추정은 수세기 동안 조사되었습니다. 이상적으로 는 잠재적 흐름 이론에 의하면 실린더 주변의 압력 분포는 수직대칭입니다. 실린더의 압력 분포상류와 하류도 대칭으로 제로네트 드래그 력을 생성합니다. 그러나 실험 결과는 매우 다른 흐름 패턴, 압력 분포 및 드래그 계수를 산출합니다. 이는 이상적인 무의미한 잠재적 이론이 관제 흐름을 가정하기 때문에 흐름 패턴을 결정할 때 점도가 고려되거나 고려되지 않기 때문입니다. 이것은 현실과 크게 다릅니다.

이 데모에서는 풍동이 지정된 공기 속도를 생성하는 데 활용되며, 압력 포트가 24개인 실린더를 사용하여 압력 분포 데이터를 수집합니다. 이 데모는 원형 실린더 주위를 흐르는 실제 유체의 압력이 이상적인 유체의 잠재적 흐름에 따라 예측된 결과와 어떻게 다른지 보여줍니다. 드래그 계수도 예상값과 비교하여 추정됩니다.

Principles

Procedure

1. 실린더 주위의 압력 분포 측정 풍동의 테스트 섹션의 상단 덮개를 제거하고 턴테이블(그림3)에24개의 내장 포트가 있는 깨끗한 알루미늄 실린더(d = 4인치)를 장착합니다. 포트 0이 업스트림을 향할 수 있도록 실린더를 설치합니다(그림4a). 상단 덮개를 교체하고 0 – 23이라고 표시된 24개의 압력 튜브를 기마계 패널의 해당 포트에 연결합니다. 기마계 패널은 유색 기름으로 채워져야하지만 물에 표시해야합니다. 풍전을 켜고 60mph에서 실행합니다. 기마계를 읽으면서 24개의 압력 측정을 모두 기록합니다. 이 비행 속도에서 레이놀즈 번호는 1.78 x 105입니다. 예상 유동 패턴은 도 2d에표시됩니다. 모든 측정값이 기록되면 윈드 터널을 끄고 실린더에서 두 개의 문자열(d = 1mm)을 수직으로 테이프로 돌려 방해된 실린더를 만듭니다. 포트 3과 4(θ = 52.5°) 및 포트 20과 21(θ = 307.5°) 사이에 하나의 문자열을 테이프로 묶습니다. 그림 4b에표시된 대로 근처의 포트가 테이프에 의해 차단되지 않았는지 확인합니다. 풍구를 켜고 3단계를 반복합니다. 모든 압력 측정을 기록합니다. 그림 3. 교차 원통형 흐름의 게이지 압력 측정 레이아웃. 그림 4. 풍터널에 실린더를 설치합니다(압력 포트는 실린더 의 중간에 있음). 그림 5. 기마계 패널.

Results

깨끗하고 방해된 실린더에 대한 실험 결과는 각각 표 1과 2에표시됩니다. 데이터는 도 6에도시된 바와 같이 이상적이고 실제 흐름을 위해 압력 계수, Cp,각도 위치, θ 의 그래프로 플롯될 수 있다. 압력 포트 # …

Applications and Summary

교차 원통형 흐름은 18 세기부터 이론적으로 그리고 실험적으로 조사되었습니다. 둘 사이의 불일치를 찾아서 유체 역학에 대한 이해를 확장하고 새로운 방법론을 탐구할 수 있습니다. 경계 층 흐름 이론은 20 세기 초에 Prandtl [3]에 의해 개발되었으며, D’Alembert의 역설을 해결하기위한 비스타드 흐름 이론으로 비스티드 흐름의 확장의 좋은 예입니다.

본 실험에서, 교차 원통형 흐…

References

  1. d'Alembert, Jean le Rond (1752), Essai d'une nouvelle théorie de la résistance des fluides
  2. John D. Anderson (2017), Fundamentals of Aerodynamics, 6th Edition, ISBN: 978-1-259-12991-9, McGraw-Hill
  3. Prandtl, Ludwig (1904), Motion of fluids with very little viscosity, 452, NACA Technical Memorandum

내레이션 대본

1. 실린더 주위의 압력 분포 측정 풍동의 테스트 섹션의 상단 덮개를 제거하고 턴테이블(그림3)에24개의 내장 포트가 있는 깨끗한 알루미늄 실린더(d = 4인치)를 장착합니다. 포트 0이 업스트림을 향할 수 있도록 실린더를 설치합니다(그림4a). 상단 덮개를 교체하고 0 – 23이라고 표시된 24개의 압력 튜브를 기마계 패널의 해당 포트에 연결합니다. 기마계 패널은 유색 기름으로 채워져야하지만 물에 표시해야합니다. 풍전을 켜고 60mph에서 실행합니다. 기마계를 읽으면서 24개의 압력 측정을 모두 기록합니다. 이 비행 속도에서 레이놀즈 번호는 1.78 x 105입니다. 예상 유동 패턴은 도 2d에표시됩니다. 모든 측정값이 기록되면 윈드 터널을 끄고 실린더에서 두 개의 문자열(d = 1mm)을 수직으로 테이프로 돌려 방해된 실린더를 만듭니다. 포트 3과 4(θ = 52.5°) 및 포트 20과 21(θ = 307.5°) 사이에 하나의 문자열을 테이프로 묶습니다. 그림 4b에표시된 대로 근처의 포트가 테이프에 의해 차단되지 않았는지 확인합니다. 풍구를 켜고 3단계를 반복합니다. 모든 압력 측정을 기록합니다. 그림 3. 교차 원통형 흐름의 게이지 압력 측정 레이아웃. 그림 4. 풍터널에 실린더를 설치합니다(압력 포트는 실린더 의 중간에 있음). 그림 5. 기마계 패널.