표면 염료 흐름 시각화: 초음속 흐름 내 흐름맥 패턴을 관찰하는 정성적 방법

자동차 주위의 흐름을 시각화하는 것은 흐름 구조를 이해하고 정량화하는 것뿐만 아니라 유체 흐름 거동을 이론화하는 데 매우 중요합니다. 흐름 시각화의 한 가지 유형은 표면 흐름 시각화라고 하며, 염색된 유체를 사용하여 물체 주변의 유체 흐름에 의해 추적된 경로를 관찰합니다.

염료 흐름 시각화에는 관심 물체에 염료를 코팅하여 물체 표면을 따라 흐름 패턴을 관찰하는 작업이 포함됩니다. 염료는 형광 염료 입자와 오일의 반 점성 혼합물입니다. 오일의 점성이 높기 때문에 신체 표면의 흐름 패턴을 유지하는 데 도움이 됩니다. 형광 염료를 사용하면 자외선 아래에서 이러한 패턴을 시각화할 수 있습니다.

장시간 노출로 이미지를 촬영한 경우, 염료를 사용하여 단일 유체 입자가 흐름에서 이동할 때 이동하는 경로를 추적할 수 있습니다. 염료로 표시된 유체 입자가 점이나 영역을 통과할 때 염색된 모든 입자를 연결하는 선을 관찰할 수 있습니다. 이것을 줄무늬 줄무늬라고 합니다.

초음속 흐름에서 이러한 줄무늬는 흐름 분리 지점, 충격 형성 및 표면을 가로지르는 흐름의 움직임을 식별하는 데 사용할 수 있습니다.

이제 구 위의 흐름을 자세히 살펴보겠습니다. 첨부된 흐름은 부드러운 줄무늬로 나타나며 줄무늬의 방향은 표면의 흐름 방향을 알려줍니다. 유동 분리는 염료가 뭉쳐져 더 밝게 보이는 영역으로 식별할 수 있습니다. 이는 유동 분리 지점을 벗어난 염료가 방해받지 않기 때문입니다.

초음속의 흐름에서, 우리는 또한 얇고 밝은 곡선으로 보여지는 미사일의 지느러미와 같은 신체 표면에 충격파가 형성되는 것을 관찰 할 수 있습니다. 우리는 또한 이 기술을 사용하여 줄무늬가 방해받는 영역에서 입증된 것처럼 표면의 기형을 식별할 수 있습니다.

이 연구실에서는 초음속 흐름에 노출된 여러 물체를 사용하여 염료 흐름 시각화 기술을 시연합니다.

이 실험에서는 작동 마하 수 범위가 1인 블로우 다운 초음속 풍동을 사용합니다. 5에서 4. 이 풍동에는 6인치 x 4인치 테스트 섹션이 있습니다. 마하 수는 블록 섹션을 조정하여 변경됩니다. 즉, 테스트 섹션의 면적 비율을 변경합니다. 우리는 2D 쐐기, 3D 쐐기, 원뿔, 뭉툭한 코 몸체, 구 및 미사일과 같은 여러 모델 주변의 줄무늬를 테스트하고 관찰할 것입니다.

실험을 시작하려면 플라스틱 그릇에 형광 염료 분말과 미네랄 오일을 섞습니다. 소량의 미네랄 오일을 염료에 점진적으로 첨가하고 혼합물이 반 점성이 되고 묽지 않고 묽지 않을 때까지 계속 혼합합니다.

이제 풍동 테스트 챔버 위에 스팅을 장착하고 제자리에 고정합니다. 그런 다음 2D 쐐기 모델을 스팅 마운트에 나사로 고정합니다. 쐐기 표면이 테스트 섹션의 투명한 측벽을 향하도록 쐐기의 방향을 고정합니다.

페인트 브러시를 사용하여 모델 표면에 두꺼운 염료 층을 바르고 물이 많이 떨어지지 않도록 합니다. 그런 다음 원하는 자유 스트림 마하 수에 도달하도록 블록 설정을 조정합니다. 공격 각도 알파를 0으로 조정하시겠습니까? 디지털 수준을 사용합니다.

이제 테스트 섹션 도어를 닫고 고정하고 6초 동안 풍동을 실행합니다. 달리는 동안 모델에 UV 광선을 비추어 염료를 비춥니다. 이를 통해 줄무늬 패턴의 진화를 관찰할 수 있습니다.

실행이 완료되면 최종 흐름 패턴의 이미지를 캡처합니다. 다음으로 받음각을 12?로 조정합니다. 이전과 같이 모델을 염료로 칠하고 풍동을 6초 동안 실행합니다. 자외선으로 줄무늬를 비추고 카메라로 이미지를 캡처합니다.

-12°C에서 2D 쐐기 모델에 대해 이 단계를 반복합니다. 테스트를 실행하고 여기에 표시된 테스트 매트릭스에 따라 모든 모델에 대한 줄무늬 이미지를 캡처합니다. 각 모델에 대한 모든 테스트가 완료되면 풍동을 종료하고 설정을 분해합니다.

이제 2D 웨지 위의 줄무늬부터 시작하여 결과를 살펴보겠습니다. 0°에서 줄무늬 패턴은 중앙에 표면 변형이 있어 흐름이 분리되는 영역을 제외하고 몸 전체에 걸쳐 균일한 흐름을 보여줍니다. 쐐기가 12°로 기울어지면 표면을 따른 흐름은 위쪽으로 편향되고 흐름은 -12?에서 아래쪽으로 편향됩니다. 설정.

3D 쐐기를 보면 모델 중앙의 흐름 패턴이 모든 각도 설정에서 2D 쐐기에서 관찰된 것과 유사하다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 위쪽 및 아래쪽 가장자리의 흐름 패턴은 편향을 나타내며 길이를 따라 끝 와류 효과가 관찰됩니다.

원뿔에 대한 줄무늬 패턴은 모든 받음각에서 흐름이 몸체 주위로 곡선을 그린다는 것을 보여줍니다. 우리는 또한 염료가 뭉치는 영역에서 알 수 있듯이 원뿔의 끝에서 흐름 분리가 발생하는 것을 관찰할 수 있습니다.

뭉툭한 코 모델의 경우 공격 각도 0에서 몸 전체에 부착된 흐름을 관찰합니다?.? 11 및 -11°에서 흐름은 표면 윤곽을 따라 몸체 주위를 곡선을 그리며 염료가 합쳐지는 선을 따라 분리됩니다.

미사일 모델 전면의 흐름 패턴은 뭉툭한 코 몸체와 유사하지만 지느러미의 줄무늬는 다양한 특징을 보여줍니다. 0°에서 상단 및 하단 핀의 줄무늬는 핀 전면에 부착된 흐름을 보여주며 점진적인 분리가 교차 패턴으로 발생합니다. 우리는 또한 흐름이 팁에 비해 지느러미의 뿌리에서 훨씬 더 일찍 분리되는 것을 관찰합니다.

중앙 지느러미의 앞쪽 가장자리에 있는 합체된 염료를 보면 줄무늬 패턴이 염료로 표시된 충격의 모양과 함께 활 충격을 나타내는 것을 볼 수 있습니다. 11시에? 받음각, 우리는 하단 핀에 완전히 부착된 흐름을 관찰하지만 상단 핀의 루트에 가까운 분리된 흐름을 관찰합니다. 0과 비슷합니까? 경우, 중앙 지느러미의 존재는 지느러미의 앞쪽 가장자리에서 활 충격을 일으킵니다.

마지막으로, 구의 경우, 흐름 패턴이 편향 각도에 관계없이 동일하게 유지되기 때문에 받음각과 반대되는 마하 수를 변경했습니다. 마하 수가 증가함에 따라 분리 지점이 물체의 후미쪽으로 이동하여 흐름 분리가 감소하는 것을 볼 수 있습니다. 이는 더 높은 속도의 흐름이 더 많은 운동량을 가지고 있기 때문에 흐름이 구에 대한 역압 구배를 극복하는 데 도움이 되기 때문입니다. 이것은 증가된 마하 수와 함께 더 높은 수준의 흐름 부착으로 이어집니다.

요약하면, 우리는 줄무늬를 사용하여 흐름 분리 지점, 충격 형성 및 표면을 가로지르는 흐름 이동을 식별하는 방법을 배웠습니다. 그런 다음 풍동에서 여러 물체를 초음속의 흐름에 노출시키고 다양한 받음각으로 각 표면에 형성된 줄무늬를 관찰했습니다.