흐름 시각화 방법을 통해 델타 날개를 통해 흐름 구조의 실험 조사

이 실험의 전반적인 목표는 시각화 기술을 사용하여 델타 날개 위의 불안정한 소용돌이 흐름을 관찰하고 앞 가장자리 소용돌이 파괴 위치의 진동을 담당하는 메커니즘을 조사하는 것입니다. 이 방법은 꼭짓점 파괴 위치의 앞 가장자리의 진동과 같은 실린더 델타 날개의 불안정한 흐름 현상에 대한 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 대규모 글로벌 선행 가장자리 와류 유동 필드와 소규모 세포 하부 구조를 동시에 설명할 수 있다는 것입니다.

실험을 위한 모델부터 시작합니다. 이 실험에서 모델은 길이가 280mm인 알루미늄 델타 날개입니다. 모델을 폐쇄 루프 및 저속 풍동에 장착합니다.

테스트 섹션에는 실험에 대한 광학 접근을 허용하는 유리 벽이 있습니다. 여기에서 델타 윙은 풍동에 제대로 장착되었습니다. 두 개의 레이저, 즉 입자 이미지 속도 측정 중 이중 펄스 532 나노미터 레이저 또는 연기 흐름 시각화 중 연속파 532 나노미터 레이저로 흐름 구조를 비출 수 있습니다.

이 회로도는 연속 레이저를 사용한 광학 설정에 대한 정보를 제공합니다. 볼록 렌즈는 레이저 빔 크기를 제어합니다. cylindrical lens는 beam을 sheet로 확장합니다.

거울은 레이저 시트를 풍동으로 반사합니다. 적절한 레이저 고글을 착용하고 연속 레이저부터 시작하십시오. 안전을 위해 neutral density filter로 빔 투과율을 줄이십시오.

레이저, 필터 및 거울만 제자리에 놓고 시작합니다. 거울을 조정하여 빔을 풍동에 도입합니다. 빔이 전면 뒤의 모델 길이의 약 1/4에서 모델과 교차하는지 확인합니다.

다음으로 볼록 렌즈와 원통형 렌즈를 설치합니다. 그런 다음 모델에서 교차하는 레이저 라인을 측정하여 레이저 시트 두께를 확인합니다. 필요에 따라 볼록 렌즈를 조정합니다.

원하는 두께가 얻어지면 조정을 중지합니다. 레이저 시트와 일치하는 표면이 있는 델타 날개에 보정 대상 플레이트를 놓습니다. 레이저를 끈 상태에서 카메라 설정으로 이동합니다.

연기 흐름 시각화를 위해 상용 디지털 카메라를 사용하고 수동으로 조작하십시오. 원하는 시야를 얻기 위해 카메라를 배치합니다. 카메라가 준비되면 보정을 위해 여러 프레임을 촬영합니다.

그런 다음 보정 대상 플레이트를 제거합니다. 풍동을 저속으로 켜고 기름 입자를 주입하여 균일하게 안착시킵니다. 연기 흐름을 시각화하려면 원하는 속도로 풍동을 켭니다.

다음으로 필터 없이 연속 레이저를 켭니다. 카메라에서 흐름 구조의 스냅샷을 5개에서 10개까지 캡처합니다. 이미지를 사용하여 레이저 시트가 앞 가장자리 와류 코어의 세로 단면에 있는지 확인하십시오.

이 예시 이미지는 명확한 와류 코어와 하부 구조를 보여주며, 이는 잘 배치된 레이저 시트를 나타냅니다. 이미지 품질에 필요한 대로 카메라 설정을 조정하고 이미지와 비디오를 녹화합니다. 완료되면 공기 흐름을 차단하고 모델에 접근합니다.

거기에서 레이저 시트의 위치를 나중에 측정하기 위한 참조로 표시하십시오. 레이저를 끄고 데이터를 컴퓨터로 전송하여 마무리합니다. 이 측정에는 다른 레이저가 필요합니다.

연속 레이저를 펄스 레이저로 교체하십시오. 레이저를 켠 상태에서 경로를 확인하고 필요한 경우 볼록 렌즈를 조정합니다. 빔이 연속 레이저의 위치를 표시하는 선을 따라 모델과 교차하는지 확인합니다.

또한 디지털 카메라를 교체하십시오. 그 자리에 고속 CCD 카메라로 대체하십시오. 싱크로나이저와 듀얼 펄스 레이저로 카메라를 제어합니다.

이제 모델로 이동하여 구조를 관찰할 수 있는 영역을 식별합니다. 다시 한 번, 해당 영역의 날개에 교정 대상 플레이트를 놓습니다. 캘리브레이션 플레이트에 초점을 맞추고 여러 장의 사진을 찍습니다.

계속하기 전에 교정 플레이트를 제거하십시오. PIV 소프트웨어를 시작하고 매개변수를 설정합니다. 원하는 속도로 풍동 흐름을 시작합니다.

레이저를 최대 출력 수준으로 조정하십시오. 소프트웨어를 사용하여 100초 동안 데이터 수집을 시작합니다. 획득한 이미지가 허용 가능한 경우 저장하고 다른 사례를 실행하여 계속합니다.

이것은 연기 흐름 시각화에서 세로 횡단면의 처리된 이미지입니다. 참고로 10mm 눈금이 있습니다. 이 이미지는 1차 리딩 엣지 와류 코어(leading edge vortex core), 와류 하부 구조가 있는 롤링 업 전단층(rolling-up shear layer), 와류 파괴(vortex breakdown) 및 난류 후류(turbulent wake)를 보여줍니다.

이 비디오는 전송의 단면에서 앞쪽 가장자리 와류 파괴 위치의 진동을 보여줍니다. 각 순간에 대해 측정된 파괴 위치를 분석하면 강력한 반대칭 상호 작용이 나타납니다. 이것은 세로 단면에서 무차원 소용돌이를 보여주는 시간 평균 입자 이미지 속도 측정 결과입니다.

1차 와류 코어는 검은색 점선으로 표시된 양의 소용돌이와 음의 소용돌이의 변곡선으로 식별할 수 있습니다. 실선은 국부 소용돌이 강도가 0보다 낮은 영역을 둘러싸고 있으며, 이는 전단층 소용돌이를 나타냅니다. 추가 하부 구조는 흰색 점선으로 둘러싸여 있습니다.

이 시간 평균 입자 이미지 속도 측정 와류도 결과는 스팬 별 단면에 있습니다. 흐름은 앞쪽 가장자리에서 분리되어 전단층을 형성하고 날개 양쪽의 와류 코어로 굴러 들어갑니다. 전단층 내부에는 고정된 소용돌이 하부 구조가 있습니다.

일단 숙달되면이 기술은 적절하게 수행되면 1 시간 안에 완료 할 수 있습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 위에서 언급한 흐름 시각화 기술을 사용하여 실린더 델타 날개의 불안정한 흐름 현상을 관찰하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 레이저로 작업하는 것은 매우 위험할 수 있으며 각 실험을 수행하는 동안 항상 레이저 보호 고글 착용과 같은 예방 조치를 취해야 한다는 것을 잊지 마십시오.