Constant Temperature Anemometry: een hulpmiddel om turbulente grenslaagstroming te bestuderen

1. Bepaling van de dynamische respons van het hot-wire systeem

Het doel van deze procedure is om te begrijpen hoe snel het anemometersysteem kan reageren op veranderingen in het stromingssignaal. Dit vermogen wordt bepaald door de frequentierespons te meten wanneer het signaal wordt in- en uitgeschakeld door een vierkantgolf toe te passen.

1. Bevestig de hot wire sonde van het CTA systeem in een windtunnel met behulp van een steunschacht.
2. Stel een DC voeding, signaalgenerator en oscilloscoop op en sluit ze aan zoals getoond in Figuur 2(a). De signaalgenerator levert een vierkantgolf input naar de Wheatstone brug, en de uitgangsgolfvorm wordt gevisualiseerd op de oscilloscoop.
3. Schakel de hot-wire voeding, de oscilloscoop en de signaalgenerator in.
4. Stel de signaalgenerator in om een vierkantgolf uit te geven met een amplitude van 150 mV en een frequentie van 10 kHz.
5. Bekijk het uitgangssignaal op de oscilloscoop om er zeker van te zijn dat de frequentie en amplitude van de uitgangsgolfvorm correct zijn.
6. Sluit het testgedeelte en sluit de seriële poort aan. Schakel de windtunnel in en stel de windsnelheid in op 40 mph.
7. Zodra de luchtstroom is gestabiliseerd, meet de breedte van de signaal overschrijding, τ, vanaf de oscilloscoop. Zie Figuur 3 voor de definitie van τ.
8. Gebruik de gemeten waarde van τ om de afsnijfrequentie van het hot-wire systeem te verkrijgen met behulp van de vergelijking: f_cut = 1/1,5τ.
9. Schakel de windtunnel uit.

2. Hot-wire kalibratie

Het doel van deze procedure is om de correlatie tussen de windsnelheid en het elektrische potentiaal van de Wheatstone brug vast te stellen. Dit maakt het mogelijk om de stromingssnelheid te meten.

1. Stel de hot-wire sonde in op de verticale positie zodat deze ver genoeg verwijderd is van de vlakke plaat, die in dit geval de bodem van de windtunnel is, zodat deze zich in het vrije stromingsgebied bevindt.
2. Start de windtunnel controlesoftware.
3. Open de virtuele instrumentsoftware en stel de bemonsteringsfrequentie in op 10 kHz en het aantal steekproeven op 100.000. Deze parameters worden bepaald door de stromingseigenschappen van het stromingsveld dat moet worden gemeten en kunnen variëren afhankelijk van de kennis van de convergentievereiste van de doelgerichte statistieken.
4. Stel de windsnelheid van de windtunnel in op 0 mph en noteer de spanning op de Wheatstone brug.
5. Verhoog de luchtschnelheid van de windtunnel met stappen van 3 mph tot 15 mph. Laat de stroming stabiliseren bij elke windsnelheid voordat u de spanning meet.
6. Verhoog de luchtschnelheid van de windtunnel met stappen van 5 mph tot 60 mph en meet de spanning bij elke increment.
7. Wanneer alle metingen zijn voltooid, verlaag de luchtstroom tot 30 mph en schakel vervolgens de windtunnel uit.

Figuur 3. Schema voor de breedte van signaal overschrijding, τ zoals waargenomen op een oscilloscoop tijdens een vierkantgolftest.

3. Grenslaagonderzoek

1. Gebruik dezelfde opstelling als in de vorige experimentele sectie, laat de hot-wire sonde langzaam zakken totdat deze de vloer van de testsectie raakt, die zal fungeren als een vlakke plaat.
2. Schakel de windtunnel in en stel de windsnelheid in op 40 mph, de bemonsteringsfrequentie op 10 kHz en het aantal steekproeven op 100.000 zoals eerder.
3. Noteer de spanningswaarde bij de laagste verticale stand, die naast de vlakke plaat en in de grenslaag ligt.
4. Verplaats de sonde verticaal, verhoog de hoogte in stappen van 0,05 mm tot een hoogte van 0,50 mm, en noteer de spanningswaarde bij elke verticale stand.
5. Verhoog de sondehoogte in stappen van 0,10 mm tot een hoogte van 1,50 mm, en noteer de spanningswaarde bij elke verticale stand.
6. Verhoog de sondehoogte in stappen van 0,25 mm tot een eindhoogte van 4,00 mm, en noteer de spanningswaarde bij elke verticale stand.
7. Wanneer alle metingen zijn voltooid, verlaag de windsnelheid tot 20 mph en schakel vervolgens de windtunnel, CTA, voeding, oscilloscoop en functiegenerator uit.