Waiting
Processando Login

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Eksperimentell undersøkelse av flyt over en Delta-vinge Via flyt visualisering metoder

Published: April 23, 2018 doi: 10.3791/57244
Automatic Translation
1, 1, 1
1Department of Mechanical Engineering, Hong Kong Polytechnic University

Summary

Her presenterer vi en protokoll for å observere ustø vortical flyter over en delta-vinge bruker en modifisert røyken flyt visualisering teknikk og undersøke mekanisme ansvarlig for svingninger av ledende vortex sammenbrudd plasseringer.

Abstract

Det er velkjent at feltet flyt over en delta-vinge domineres av et par counter roterende ledende virvlene (LEV). Men er deres mekanismen ikke godt forstått. Flyt visualisering teknikken er en lovende ikke-påtrengende måte å illustrere feltet komplekse flyt romlig og timelig. En grunnleggende flyt visualisering oppsett består av en høy-drevet laser og fiberoptisk linser generere laser arket, et kamera, en tracer partikkel generator og en data prosessor. Vindtunnel oppsettet, spesifikasjonene til enhetene som er involvert og tilsvarende parameterinnstillingene er avhengig av flyt funksjonene innhentes.

Normal røyk wire flyt visualisering bruker en røyk wire for å demonstrere flyt-streaklines. Men er resultatene av denne metoden begrenset av dårlig romlig oppløsning når den utføres i et kompleks flyt. Derfor er en forbedret røyken flyt visualisering teknikk utviklet. Denne teknikken illustrerer det store globale LEV feltet informasjonsflyt og småskala skjær lag flyt struktur samtidig, gir en verdifull referanse for senere detaljert partikkel velocimetry (PIV) måle.

I dette papiret, er anvendelse av forbedret røyken flyt visualisering og PIV mål å studere ustø flyt fenomener over en delta-vinge demonstrert. Framgangsmåten og forsiktighetsregler for å gjennomføre eksperimentet er oppført, inkludert vindtunnel oppsett, datainnsamling og databehandling. Representant resultatene viser at disse to flyt visualisering metoder er effektive teknikker for å undersøke feltet tredimensjonale flyt kvalitativt og kvantitativt.

Introduction

Feltet måling via visualiseringsteknikker er en grunnleggende metode i væske engineering. Blant de ulike visualisering teknikkene er røyk wire flyt Visualisering vindtunnel eksperimenter og fargestoff visualisering vann tunnel eksperimenter de mest brukte å illustrere flyt strukturer kvalitativt. PIV og laser Doppler anemometry (LDA) er to typiske kvantitative teknikker1.

Røyk wire flyt visualisering, røyk streaklines generert fra olje dråper på en oppvarming ledning eller injiseres fra ytre røyk generator/beholderen under forsøkene. Høyeffekts lys eller laser ark brukes til å belyse den røyk streaklines. Bildene registreres deretter for nærmere analyse. Dette er en enkel men meget nyttig flyt visualisering metode2. Effektiviteten av denne metoden kan imidlertid være begrenset av ulike faktorer, som kort varighet røyk ledninger, feltet komplekse tredimensjonale flyt, den relativt høy hastigheten flyt, og effektiviteten av røyk generasjon3.

Et tverrsnitt av en flyt feltet med entrained partikler er opplyst av en laser ark PIV målinger, og øyeblikkelig plasseringen av partikler i denne tverrsnitt er fanget av et høyhastighets kamera. Innenfor et svært lite tidsintervall registreres et par bilder. Dele bildene i et rutenett av avhør og beregne gjennomsnittlig bevegelse partikler i avhør områder gjennom kryss-korrelasjon funksjoner, fås øyeblikkelig hastighet vektorkart denne observert tverrsnitt. Men er det også kjent at kompromisser må nås for faktorer, inkludert størrelsen på vinduet observasjon, oppløsningen av hastighet kartet, hastighet omfanget i flyet, tidsintervallet mellom to bildene, ortogonale hastigheten omfanget og partikkel tetthet4. Derfor kan mange utforskende eksperimenter være nødvendig å optimalisere eksperimentelle innstillingene. Det ville være dyrt og tidkrevende å undersøke et ukjent og komplekse felt med PIV måling alene5,6. Vurderer de ovennevnte bekymringene, er en strategi for å kombinere røyken flyt visualisering og PIV måling foreslått og demonstrert her for å studere komplekse flyten over en slank delta-vinge.

Tallrike studier av LEV flyter over delta vinger har vært gjennomført7,8, med flyt visualiseringsteknikker som de viktigste verktøyene. Mange interessante flyt fenomener er observert: spiral type og boble type vortex sammenbrudd9,10, en ustø skjær lag underkonstruksjonen11,12, oscillerende LEV sammenbrudd steder13 , og effekten av pitching og yaw vinkler14,15,16 om flyt strukturer. De underliggende mekanismene litt ustø fenomener i delta-vingen renn beholdes imidlertid uklart7. I dette arbeidet forbedret røyk flyt visualisering bruker samme seeding partikler i PIV måling, i stedet for en røyk wire. Denne forbedringen sterkt forenkler driften av effekten og øker kvaliteten på bildene. Basert på resultatene fra forbedret røyken flyt visualisering, fokuserer PIV måling på disse flyt interesseområder å erverve kvantitativ informasjon.

Her tilbys en detaljert beskrivelse for å forklare hvordan å gjennomføre en flyt visualisering eksperiment i en vindtunnel og undersøke ustø flyt fenomener over en delta-vinge. To visualisering metoder, forbedret røyken flyt visualisering og PIV måling, brukes sammen i dette eksperimentet. Prosedyren inneholder trinnvis veiledning for enhet oppsett og parameteren justering. Typiske resultater er vist for å vise fordelen av å kombinere disse to metodene for å måle feltet komplekse flyt romlig og timelig.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. vindtunnel oppsett

  1. Delta-vingen modell
    1. Konstruere en delta wing modell fra aluminium, med en feie vinkel φ 75 °, en akkord lengde c av 280 mm og en rot span b 150 mm tykkelse på 5 mm. Har begge forflanker skråkant på 35° å fikse de separasjon punkt17 (se figur 1a).
  2. Vindtunnel anlegget
    1. Utføre eksperimenter i en lukket lav hastighet vindtunnel, en test del av 2,4 m (lengde) × 0.6 m (bredde) × 0.6 m (høyde) som er utstyrt med glassvegger som gir optisk tilgang under forsøkene. Turbulente intensiteten av slike anlegg skal være mindre enn 0,4%.
      Merk: I denne studien vi brukte en vindtunnel ved Hong Kong Polytechnic University med ovenstående egenskaper. Også freestream hastigheten U∞ varierte fra 2.64 m/s 10.56 m/s, tilsvarer et Reynolds tall, Re, fra 5 × 104 til 2 × 105, basert på akkord av delta vingen, som er typisk flight området for en ubemannet aerial vehicle (UAV).
    2. Nødvendig Bruk tre forskjellige ordninger (se figur 1b-d) av laser arket og kameraer for å observere flyt strukturer i langsgående tverrsnittet, span-wise tverrsnittet og tverrgående tverrsnittet. Skjematisk av oppsettet vises i figur 1b.
      Merk: Denne protokollen viser oppsett og måling i det langsgående tverrsnittet i detalj.
  3. Installere delta vingen
    1. Fastsette delta wing etterfølgende kanten på brodd, som er på en sirkelbevegelse guide brukes for å justere vinkelen angrep (AoA), α. Midten av sirkulær guide er på central-linjen i delen vindtunnel test. Dermed kan være delta vingens center alltid i sentrum av delen test. Justere AoA til α = 34 °.
    2. Nøye tilpasse delta wing modellen til å minimere eventuelle yaw-vinkelen og roll vinkel, ved å sjekke målingene av en vinkel meter og en tre-akse laser nivå. I denne studien er usikkerhet i disse to vinkler mindre enn 0,1 °.
  4. Definere laser arket
    1. Bruk to lasere separat for å belyse flyt strukturer for PIV måling og røyken flyt visualisering.
      1. PIV måling, bruker en dobbel puls laser, med en bølgelengde på 532 nm og en maksimal energi av 600 mJ (justerbar) for hver puls. Kontrollen med en synkroniseringsenhet med transistor-transistor logikk (TTL) signaler (se figur 1b).
      2. For røyken flyt visualisering, bruk en kontinuerlig laser med en bølgelengde på 532 nm og en makt 1 W. Dette kontinuerlig laser arbeider selvstendig. Under installasjonen, kan du bruke en Nøytralfilter med 10% transmisjon filtrere laserstrålen for sikkerhet.
    2. Bruk passende laser briller.
    3. Justere refleksjon speilet for å innføre laserstrålen i vindtunnel. Vinkelen mellom laser lys aksen og speilet er Equation 1 , for å gjøre laserstrålen normalt å delta vingeflaten. Kontroller at laserstrålen er rundt posisjon x/c ≅ 0,25, som senere er midten av synsfelt (FOV).
    4. Installere laser optikk (med kontinuerlig laser, først) for å danne laser arket, som vist i figur 1b. Konveks linsen brukes til å kontrollere laser strålen størrelsen (også platetykkelse). Sylindrisk linsen utvider laserstrålen til en laser ark.
      Merk: I denne studien, er brennvidden på objektivet sylindriske 700 mm diameter på sylindriske linsen er 12 mm.
    5. Sjekk platetykkelse laser ved å måle laser linjen på modellen. Justere plasseringen av konveks linsen hvis platetykkelse laser ikke passer (her, rundt 1 mm, med en effektiv bredden av laser arket i delen test på 100 mm). Merk at tykkelsen på laser arket er avhengig av 1) hastighet komponenten i normal retning laser arket og 2) tidsintervallet mellom to øyeblikksbilder PIV måling.
    6. Sette en kalibrering mål plate på delta vingen, med overflaten sammenfallende laser arket. Dette trinnet er viktig fordi FOV i denne studien ikke er ortogonale til vindtunnel koordinat.
  5. Kamera oppsett
    1. Deaktivere lasere når kameraet. Som med lasere, kan du bruke to kameraer for hver separat del av dette eksperimentet:
      1. For PIV måling, bruker du et høyhastighets CCD kamera med en oppløsning på 2048 × 2048 piksler. Dette kameraet er kontrollert av synkroniseringsenheten og dobbelt pulsen laser (se figur 1b). Data i denne kameraet overføres direkte til datamaskinen.
      2. For røyken flyt visualisering, bruke en kommersiell digitalkamera med et øyeblikksbilde oppløsning på 4000 × 6000 piksler og en 50 Hz videoopptak oppløsning på 720 × 1280 piksler under røyk flyt visualisering. Det vil bli operert manuelt.
    2. Flytt kameraet stilling (kommersielle digitalkamera, først) å få den ønskede FOV. Justere kameralinsen å fokusere på kalibrering mål tallerkenen. Kontroller at hele feltet er fokusert. Hvis ikke, koordinatene til kameraet kanskje ikke ortogonale til kalibrering mål plate. Således, justere kameraets posisjon nøye18.
    3. Ta flere bilder etter at kameraet er bra satt. Senere brukes disse rammene kalibrering mål platen å kalibrere skaleringsfaktoren mellom den virkelige størrelsen og ramme piksel og identifisere referanse posisjonen i xyz koordinaten. Deretter fjerne kalibrering mål platen.
  6. Slå på vindtunnel med lav hastighet (f.eks, 3 m/s) og injisere olje partikler i vindtunnel. Angi presset av aerosol generatoren på 2,5 bar og drive det 30 s for metoden pre seeded flyt visualisering. Etter dette vil hele vindtunnel være jevnt seeded med olje partikler på vanlig diameter ca 1 µm.
    Merk: I denne studien, estimert olje partikkel tetthet konsentrasjonen i vindtunnel er ca Equation 2 røyk flyt visualiseringer; dermed den totale flyt tetthet endringen i vindtunnel er Equation 3 .
  7. PIV programvare setup
    1. Styre PIV systemet med PIV-programvaren (se tabell for materiale). Denne programvaren kan kommandoen synkroniseringsenheten sende TTL signaler til laser og kamera, som vist i figur 1b.
    2. Angi samplingsfrekvens på 5 Hz, med en total prøvetaking rekke 500. Tidsintervallet mellom PIV rammer er 80 µs. tidsintervallet er avhengig av størrelsen på FOV og flyt hastigheten. Kontroller at avhør områdene i to rammer har om en 50-75% overlapping.

2. kjører eksperimentet

  1. Forbedret røyken flyt visualisering
    1. Slå på vindtunnel på ønsket freestream hastigheten (U = 2.64 m/s). Kjøre den i 10 min å stabilisere freestream hastigheten. På Re = 50.000, freestream hastigheten er U = 2.64 m/s.
    2. Slå på kontinuerlig laser. Bruk det digitale kameraet til å fange 5-10 øyeblikksbilder av flyt.
    3. Kontroller om laser arket er på langsgående tverrsnitt av LEV kjernen (se typisk strukturen vist i Figur 3). Hvis så, merke denne posisjonen på delta wing modellen som referanse for senere PIV måling; ellers endre plasseringen av laser arket ved å justere den optisk linsen og tilbakestille kalibreringen følgende 1.4.6 - 1.5.3.
    4. Se bildene og sjekke fokus og lysstyrke. Hvis bildekvalitet ikke er tilfredsstillende, justere åpning av linsen eller ISO oppsettet.
    5. Ta flere øyeblikksbilder (vanligvis rundt 20) og videoer (ca 40 s) med riktig oppsett. Slå av laser og overføre dataene til maskinen.
  2. PIV måling
    1. Basert på referanse posisjon kjent fra trinn 2.1.3 og resultatene av bilder fra trinn 2.1.5, Velg en interessant område (x/c≈ 0,3) som den FOV, der vortical underlag kan observeres. Erstatt kontinuerlig laser og digital kameraet med dobbelt puls laser og CCD kamera for PIV måling.
    2. Gjenta trinn 1.4.6 - 1.5.3 registrere kalibrering for PIV måling.
    3. Slå på vindtunnel på ønsket freestream hastigheten, U = 2.64 m/s. kjøre den i 10 minutter slik at freestream hastigheten er stabil.
    4. Juster doble puls laseren høyeste energinivå og stå ved. Bruke programvaren til å starte datainnsamling for 100 s. Når data innspillingen er ferdig, slå hodet laser.
    5. Anmelde ervervet bildene i programvaren og sjekk laser ark fordelingen, partikkel tetthet (vanligvis 6-10 partikler i hver ønsket avhør), fokus og partikkel forskyvning mellom Dobbeltrom (25-50% av avhør området).
    6. Hvis kvaliteten på bildene er tilfredsstillende, som beskrevet i trinn 2.2.5., lagre data på harddisken til PC og kjøre andre tilfeller ved å gjenta trinnene ovenfor. Ellers gjenta 1,7 og 2.2 og nøye justere oppsettet.

3. databehandling

  1. Forbedret røyk visualisering
    Merk: Følgende, 3.1.1-3.1.4, er gjort via MATLAB kode automatisk (se Ekstra koding fil).
    1. Forvandle videoen til en bildesekvens. Konvertere rammer fra skjemaet RGB til gråtoner. Rotere rammen for å gjøre delta vingeflaten vannrett. Velg området av interesse for senere behandling (figur 2a).
    2. Justere lysstyrken og kontrasten til å markere flyt strukturen. Bruke en dynamisk terskel for å transformere det grå bildet til en binær bildet (figur 2b).
    3. Legge opp de binære verdiene i hver kolonne, og finne plasseringen hvor summen plutselig endres. Denne plasseringen er vortex sammenbrudd plasseringen (figur 2 c).
    4. Registrere vortex sammenbrudd steder og sine tilsvarende tider. Time historie analyse oscillation kan dermed oppnås.
    5. Bruke piksel-real størrelse skaleringsfaktoren (målt fra bildene med kalibrering mål platen i trinn 1.5.3) å transformere tid historien fra piksler til virkelig størrelse og identifisere referanse plasseringen. Tegne tid historie sammenbrudd oscillation.
  2. PIV måling
    1. Kjøre PIV programvaren. Bruke bilder i trinn 2.2.2 skaleringsfaktoren og referanse plasseringen av koordinatene. Forhåndsbehandle ervervet dataene gjennom behandling bildebiblioteket til å markere partikler og redusere støy18.
    2. Bruke metoden adaptive avhør området med et minimum Rutenettstørrelse 32 × 32 piksler og en minimum overlapping på 50%. Velg bildeområdet og angi en 3 x 3 vektor validering for adaptive kryss-sammenhenger.
    3. Resultatet er gitt som en hastighet vektor feltet, der blå vektorer er riktig vektorer, de grønne er erstattet vektorer, og de røde er dårlig vektorer.
    4. Bruk 3 x 3 flytter gjennomsnittlig Valideringsmetoden å anslå lokale hastigheten ved å sammenligne vektorer i sitt nabolag. Erstatte vektorer som avviker for mye fra sine naboer med gjennomsnittet av sine naboer.
    5. Beregn vektor statistikk i hastighet kartene å få flyt tid historie, f.eks, den gjennomsnittlige hastigheten, standardavvik, og kryss-sammenhengen mellom hastighet komponenter. Beregne skalar derivater fra vektorkart å demonstrere indre funksjonene i feltet flyt, f.eks, vorticity, skjæring stress og virvlende styrke.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figur 2d viser tid historiene om LEV sammenbrudd plasseringene. Svart kurven angir Queen LEV og røde kurven angir styrbord LEV. Tidsskalaen er nondimensionalized på gratis strømmen hastighet og akkord lengden. Korrelasjonskoeffisienten mellom disse to tid historier er r = −0.53, som indikerer en sterk anti-symmetrisk samspillet av LEV sammenbrudd plassering svingninger. Dette resultatet enig med arbeidet til andre13,19,20.

Figur 3 viser LEV flyt strukturen i langsgående tverrsnittet på α = 34 ° og Re = 75 000. Det opprinnelige bildet ble erobret av det digital kameraet i RGB-skjemaet med eksponering Varighet 1/500 sekunder. I denne figuren er koordinaten normalisert av delta-vingen akkord lengden. En 10 mm skala er plottet på øverst til høyre for referanse. Resultatet viser tydelig primære LEV kjernen, som utvikler fra spissen av delta-vingen til nedstrøms i en rett linje. Nær plassering på x = 0,19 c, vortex kjernen plutselig utvides. Dette er kjent som den ledende vortex sammenbrudd9,21. Etter hvor sammenbrudd blir kjølvannet turbulente. Rundt primære LEV kjernen er små vortical strukturer. Disse underlag kommer fra ledende kantene og virvle rundt primære vortex kjernen i rulle opp skjær lag12,22,23. Som underlagene flytter inn i det indre laget i LEV, strekkes formen på grunn av den relativt høy hastighet komponenten i lengderetningen i nærheten vortex. Under eksperimentet, er det bemerket at flyten struktur av LEV er ganske stasjonære, unntatt på LEV sammenbrudd sted. Dette resultatet viser at denne røyken flyt visualisering metoden kan oppnå en god balanse mellom lokale liten flyt strukturen og globale flyt struktur utviklingen.

Figur 4 viser typisk partikkel bildene i et 64 x 64 pixel område, tatt fra PIV måling. I området 32 x 32 piksler avhør i rammen A finnes 10 identifiserte partikler, preget av gule sirkler. Etter tidsintervallet mellom to rammer fortrenge disse partiklene til nye steder, som vist i rammen B. Forskyvningene er omtrent en fjerdedel av avhør området, noe som resulterer i en nesten 70% overlapping mellom disse avhør områdene. I tillegg beholdes nesten alle partikler i laser ark flyet, som indikerer at oppsettparameterne riktig ble valgt for denne saken.

Figur 5 viser gjennomsnittlige PIV resultatene i delene streamwise og spanwise krysset. Før disse målingene er gjennomført, er forbedret røyken flyt visualisering gjennomført for å identifisere den primære vortex kjerne plasseringen, følgende 2.1.1 - 2.1.3. Koordinatene i figur 5 normalisert ved delta wing akkord lengde c og lokale semispan lengden SL. Vorticity Equation 4 er normalisert som ω * = ωU∞/c. Etter dette resultatet primære vortex kjernen kan lett identifiseres av Bøyning av de positive og negative vorticities, og det er preget av den svarte stiplede linjen. I øvre og nedre områder viser rullende skjær lagene store vorticities. Λci kriterium24,25 brukes til å identifisere virvlene fra PIV måling. I figur 5illustrerer de heltrukne linjene regionen med en lokal virvlende styrke lavere enn null, som indikerer eksistensen av virvlene. I kjernen, underlagene er strukket og vises ikke i virvlende styrke konturen. Men antyder konsentrert vorticity konturen fortsatt underlagene her, preget av den hvite stiplede linjen. I figur 5billustrerer hastighet vektorkart tydelig at på hver side, strømmen skiller i forkant og danner en sterk skjær lag, som senere ruller inn i LEV-kjernen. Utfyllende flyt strukturen i delen for streamwise cross, spanwise flyt strukturen tydelig viser utviklingen av de ytre vortical underlagene.

Figure 1
Figur 1: skjematisk av oppsett. (a) delta wing modellen; (b-d) oppsett for PIV måling i langsgående tverrsnittet, spanwise tverrsnitt og tverrgående tverrsnitt, henholdsvis. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2: måling av hvor LEV sammenbrudd. (a) en røyk flyt visualisering resultatet viser ledende vortex strukturen i tverrgående tverrsnittet: α = 34 ° og Re = 50.000; det merkede området er rotert og ytterligere behandlet. (b) binære bildet av det merkede området i (a), tydelig viser LEV kjernen og sammenbrudd. (c) summering av hver kolonne i det binære bildet (b) og identifiserte LEV sammenbrudd plasseringen i streamwise retning (x-retning), normalisert av akkord lengde c. (d) tid historiene om LEV sammenbrudd plasseringene. Equation 5 er den gjennomsnittlige plasseringen og Equation 6 er øyeblikkelig avstanden til den gjennomsnittlige plasseringen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3: ledende vortex strukturen i det langsgående tverrsnittet på α = 34 ° og Re = 75000, fra røyken flyt visualiseringen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4: partikkel bilder i et 64 x 64 pixel område. Tilsvarende avhør området er 32 x 32 piksler. Tidsintervallet mellom rammer A og B er 80 mikrosekunder. Identifiserte partikler i opprinnelige avhør området er preget av gule sirkler. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5: gjennomsnittlige PIV resultater. (en) dimensjonsløs vorticity ω * konturene med heltrukne linjer merking regionene med lokale virvlende styrke lavere enn null i langsgående tverrsnittet. (b) Dimensionless vorticity ω * kontur med hastighet vektorer i delen for spanwise tvers på x = 0,4c; koordinater er normalisert av lokale semispan lengden SL (α = 34 ° og Re = 50.000). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Denne artikkelen presenterer to flyt visualisering metoder, forbedret røyken flyt visualisering og PIV måling, å undersøke flyt struktur over delta vingen kvalitativt og kvantitativt. Den generelle prosedyrer for eksperimentet er beskrevet trinn for trinn. Oppsett av disse to metodene er nesten det samme, mens enhetene som er involvert er forskjellige. For disse to flyt visualisering metodene er å belyse partikler i strømmen via laser arket. Forbedret røyken flyt visualisering kan få globale flyt struktur og små lokale strukturer på samme tid, noe som er nyttig for å få en oversikt over en ukjent flyt struktur. Kvantitativ PIV analysen gir et detaljert vektorkart i feltet for interessant flyt. Dermed kan kombinere metodene flyt visualisering betydelig forbedre forskning effektivitet.

Sammenlignet med normal røyk wire flyt visualisering, er metoden for røyken flyt-visualisering demonstrert her ganske effektivt gjennomført. Fordi partiklene er fordelt, identifiseres enkelt liten flyt strukturer. I en komplekse tredimensjonale flyt lar denne metoden laser arket som skal settes opp på enhver romlige posisjon å observere feltene flyt i forskjellige tverrsnitt, mens i den tradisjonelle røyk telegrafisk, laser arket må alltid være justert med røyken retning og vinduet observasjon er tilsvarende begrenset26. I tillegg denne forbedret metoden bør ikke gå glipp flyt detaljer skyldes fravær av røyk i noen regioner under en røyk wire eksperiment. Men ville denne metoden ikke være egnet for åpen sløyfe vindtunnel fasiliteter på grunn av hvordan seeding er gjennomført. Flyt visualisering data skal analyseres nøye for å unngå fallgrubene imaginære illuminations3,27.

Fordi feltet flyt over delta vingen er svært tredimensjonale og følsom for forstyrrelser, anbefales ikke-påtrengende undersøkelser21. For målene på fly er det viktig å vurdere komponenten ortogonale hastighet på observasjon flyet under PIV måler28,29. I dette tilfellet bør tidsintervallet mellom to rammer og laser ark tykkelsen være et kompromiss med ortogonale hastigheten slik at de fleste av partikler ikke flytte ut laser arket. For lignende mål, er det foreslått for å kjøre flere tilfeller med forskjellige oppsettparametere på forhånd for å identifisere de mest passende.

Flyt visualisering metodene som er beskrevet i dette dokumentet er praktisk, effektiv og rimelig. I fremtiden, disse teknikkene brukes til komplekse flyt felt med aktive flytkontroll, som bløff kroppen dra reduksjon og vortex-struktur vekselvirkningen, å vurdere kontrollere effektene raskt forstå kontrollmekanismer og akselerere den optimalisering av kontrollparametere.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne ikke avsløre.

Acknowledgments

Forfatterne gjerne takke Hong Kong forskningsråd tilskudd (nei. GRF526913), Hong Kong innovasjon og teknologi Commission (nei. Its/334/15FP), og oss Office av Naval Research globalt (nei. N00014-16-1-2161) for økonomisk støtte.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Smits, A. J. Flow visualization: Techniques and examples. , World Scientific. (2012).
  2. Barlow, J. B., Rae, W. H., Pope, A. Low-speed wind tunnel testing. , Wiley. New York. (1999).
  3. Merzkirch, W. Flow visualization. , Academic Press. (1987).
  4. Raffel, M., Willert, C. E., Wereley, S., Kompenhans, J. Particle image velocimetry: A practical guide. , Springer. (2007).
  5. Westerweel, J., Elsinga, G. E., Adrian, R. J. Particle Image Velocimetry for Complex and Turbulent Flows. Annu Rev Fluid Mech. 45 (1), 409-436 (2013).
  6. Meinhart, C. D., Wereley, S. T., Santiago, J. G. PIV measurements of a microchannel flow. Exp Fluids. 27 (5), 414-419 (1999).
  7. Gursul, I. Review of unsteady vortex flows over slender delta wings. J Aircraft. 42 (2), 299-319 (2005).
  8. Gursul, I., Gordnier, R., Visbal, M. Unsteady aerodynamics of nonslender delta wings. Prog Aerosp Sci. 41 (7), 515-557 (2005).
  9. Lowson, M. Some experiments with vortex breakdown. JRoy Aeronaut Soc. 68, 343-346 (1964).
  10. Payne, F. M., Ng, T., Nelson, R. C., Schiff, L. B. Visualization and wake surveys of vortical flow over a delta wing. AIAA J. 26 (2), 137-143 (1988).
  11. Lowson, M. V. The three dimensional vortex sheet structure on delta wings. Fluid Dynamics of Three-Dimensional Turbulent Shear Flows and Transition. , 11.11-11.16 (1989).
  12. Riley, A. J., Lowson, M. V. Development of a three-dimensional free shear layer. J Fluid Mech. 369, 49-89 (1998).
  13. Menke, M., Gursul, I. Unsteady nature of leading edge vortices. Phys Fluids. 9 (10), 2960 (1997).
  14. Yayla, S., Canpolat, C., Sahin, B., Akilli, H. Yaw angle effect on flow structure over the nonslender diamond wing. AIAA J. 48 (10), 2457-2461 (2010).
  15. Menke, M., Gursul, I. Nonlinear response of vortex breakdown over a pitching delta Wing. J Aircraft. 36 (3), 496-500 (1999).
  16. Sahin, B., Yayla, S., Canpolat, C., Akilli, H. Flow structure over the yawed nonslender diamond wing. Aerosp Sci Technol. 23 (1), 108-119 (2012).
  17. Kohlman, D. L., Wentz, J. W. H. Vortex breakdown on slender sharp-edged wings. J Aircraft. 8 (3), 156-161 (1971).
  18. Lu, L., Sick, V. High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces. J Vis Exp. (76), e50559 (2013).
  19. Mitchell, A. M., Barberis, D., Molton, P., Délery, J. Oscillation of Vortex Breakdown Location and Blowing Control of Time-Averaged Location. AIAA J. 38 (5), 793-803 (2000).
  20. Shen, L., Wen, C. -y, Chen, H. -A. Asymmetric Flow Control on a Delta Wing with Dielectric Barrier Discharge Actuators. AIAA J. 54 (2), 652-658 (2016).
  21. Leibovich, S. The Structure of Vortex Breakdown. Annu Rev Fluid Mech. 10 (1), 221-246 (1978).
  22. Mitchell, A. M., Molton, P. Vortical Substructures in the Shear Layers Forming Leading-Edge Vortices. AIAA J. 40 (8), 1689-1692 (2002).
  23. Gad-El-Hak, M., Blackwelder, R. F. The discrete vortices from a delta wing. AIAA J. 23 (6), 961-962 (1985).
  24. Zhou, J., Adrian, R. J., Balachandar, S., Kendall, T. M. Mechanisms for generating coherent packets of hairpin vortices in channel flow. J. Fluid Mech. 387, 353-396 (1999).
  25. Adrian, R. J., Christensen, K. T., Liu, Z. C. Analysis and interpretation of instantaneous turbulent velocity fields. Exp Fluids. 29 (3), 275-290 (2000).
  26. Yoda, M., Hesselink, L. A three-dimensional visualization technique applied to flow around a delta wing. Exp. Fluids. 10 (2-3), (1990).
  27. Greenwell, D. I. RTO AVT Symposium. , Leon, Norway. RTO-MP-069(I) (2001).
  28. Furman, A., Breitsamter, C. Turbulent and unsteady flow characteristics of delta wing vortex systems. Aerosp Sci Technol. 24 (1), 32-44 (2013).
  29. Wang, C., Gao, Q., Wei, R., Li, T., Wang, J. 3D flow visualization and tomographic particle image velocimetry for vortex breakdown over a non-slender delta wing. Exp Fluids. 57 (6), (2016).

Tags

Engineering problemet 134 Delta-vingen røyk flyt visualisering ledende Vortex Vortex sammenbrudd Vortex Oscillation partikkel bilde Velocimetry
Eksperimentell undersøkelse av flyt over en Delta-vinge Via flyt visualisering metoder
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Shen, L., Chen, Z. n., Wen, C.… More

Shen, L., Chen, Z. n., Wen, C. Experimental Investigation of the Flow Structure over a Delta Wing Via Flow Visualization Methods. J. Vis. Exp. (134), e57244, doi:10.3791/57244 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter