Fluxo Cilíndrico Cruzado: Medição da Distribuição de Pressão e Estimando os Coeficientes de Arrasto

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Cross Cylindrical Flow: Measuring Pressure Distribution and Estimating Drag Coefficients

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08:57 min
April 30, 2023

Visão Geral

Fonte: David Guo, College of Engineering, Technology, and Aeronautics (CETA), Southern New Hampshire University (SNHU), Manchester, New Hampshire

As distribuições de pressão e estimativas de arrasto para o fluxo cilíndrico cruzado têm sido investigadas há séculos. Pela teoria ideal do fluxo potencial inviscid, a distribuição de pressão em torno de um cilindro é verticalmente simétrica. A distribuição de pressão rio acima e rio abaixo do cilindro também é simétrica, o que resulta em uma força de arrasto de rede zero. No entanto, os resultados experimentais produzem padrões de fluxo muito diferentes, distribuições de pressão e coeficientes de arrasto. Isso ocorre porque a teoria potencial inviscida ideal assume o fluxo irrotacional, o que significa que a viscosidade não é considerada ou levada em conta ao determinar o padrão de fluxo. Isso difere significativamente da realidade.

Nesta demonstração, um túnel de vento é utilizado para gerar uma velocidade de ar especificada, e um cilindro com 24 portas de pressão é usado para coletar dados de distribuição de pressão. Esta demonstração ilustra como a pressão de um fluido real fluindo em torno de um cilindro circular difere dos resultados previstos com base no fluxo potencial de um fluido idealizado. O coeficiente de arrasto também será estimado e comparado com o valor previsto.

Princípios

Procedimento

1. Medir a distribuição de pressão em torno de um cilindro Remova a tampa superior da seção de teste de um túnel de vento e monte um cilindro de alumínio limpo (d = 4 in) com 24 portas embutidas em um toca-discos(Figura 3). Instale o cilindro para que a porta zero esteja voltada para cima(Figura 4a). Substitua a tampa superior e conecte os 24 tubos de pressão rotulados de 0 a 23 às portas correspondentes no painel do manômetro. O painel do manômetro deve ser preenchido com óleo colorido, mas marcado em água em. Ligue o túnel de vento e corra a 100 km/h. Registo todas as 24 medidas de pressão lendo o manômetro. Nesta velocidade, o número de Reynolds é 1,78 x 105. O padrão de fluxo esperado é mostrado na Figura 2d. Uma vez que todas as medidas tenham sido gravadas, desligue o túnel de vento e tape duas cordas (d = 1 mm) verticalmente no cilindro para criar o cilindro perturbado. Fita uma corda entre as portas 3 e 4 (φ = 52,5°) e a outra entre as portas 20 e 21 (φ = 307,5°). Certifique-se de que as portas próximas não estão bloqueadas pela fita, como mostrado na Figura 4b. Ligue o túnel de vento e repita o passo 3. Registo todas as medidas de pressão. Figura 3. Layout de medição de pressão gárica do fluxo cilíndrico cruzado. Figura 4. Instalação do cilindro no túnel de vento (as portas de pressão estão no meio do cilindro). Figura 5. Painel de manômetro.

Resultados

Os resultados experimentais para o cilindro limpo e perturbado são mostrados nas Tabelas 1 e 2, respectivamente. Os dados podem ser plotados em um gráfico do coeficiente de pressão, Cp, versus posição angular, φ, para fluxo ideal e real, como mostrado na Figura 6. Porta de pressão #…

Applications and Summary

O fluxo cilíndrico cruzado tem sido investigado teoricamente e experimentalmente desde o século XVIII. Encontrar as discrepâncias entre os dois nos permite expandir nossa compreensão da dinâmica dos fluidos e explorar novas metodologias. A teoria do fluxo de camadas de fronteira foi desenvolvida por Prandtl [3] no início do século XX, e é um bom exemplo da extensão do fluxo inviscid para a teoria do fluxo viscid na resolução do Paradoxo de D’Alembert.

Neste experimento, o fluxo cil?…

Referências

  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

Transcrição

1. Medir a distribuição de pressão em torno de um cilindro Remova a tampa superior da seção de teste de um túnel de vento e monte um cilindro de alumínio limpo (d = 4 in) com 24 portas embutidas em um toca-discos(Figura 3). Instale o cilindro para que a porta zero esteja voltada para cima(Figura 4a). Substitua a tampa superior e conecte os 24 tubos de pressão rotulados de 0 a 23 às portas correspondentes no painel do manômetro. O painel do manômetro deve ser preenchido com óleo colorido, mas marcado em água em. Ligue o túnel de vento e corra a 100 km/h. Registo todas as 24 medidas de pressão lendo o manômetro. Nesta velocidade, o número de Reynolds é 1,78 x 105. O padrão de fluxo esperado é mostrado na Figura 2d. Uma vez que todas as medidas tenham sido gravadas, desligue o túnel de vento e tape duas cordas (d = 1 mm) verticalmente no cilindro para criar o cilindro perturbado. Fita uma corda entre as portas 3 e 4 (φ = 52,5°) e a outra entre as portas 20 e 21 (φ = 307,5°). Certifique-se de que as portas próximas não estão bloqueadas pela fita, como mostrado na Figura 4b. Ligue o túnel de vento e repita o passo 3. Registo todas as medidas de pressão. Figura 3. Layout de medição de pressão gárica do fluxo cilíndrico cruzado. Figura 4. Instalação do cilindro no túnel de vento (as portas de pressão estão no meio do cilindro). Figura 5. Painel de manômetro.