Anemometria de temperatura constante: uma ferramenta para estudar o fluxo em camada limite turbulenta

1. Determinação dinâmica da resposta dinâmica do sistema de fio quente

O objetivo deste procedimento é entender a rapidez com que o sistema anemômetro pode responder às mudanças de sinal de fluxo. Esta capacidade é medida medindo a resposta de frequência quando o sinal liga e desliga aplicando uma onda quadrada.

1. Fixar a sonda de fio quente do sistema CTA dentro de um túnel de vento usando um eixo de suporte.
2. Configure uma fonte de alimentação DC, gerador de sinal e osciloscópio e conecte-os conforme mostrado na Figura 2(a). O gerador de sinal fornece uma entrada de onda quadrada para a ponte Wheatstone, e a forma de onda de saída é visualizada no osciloscópio.
3. Ligue a fonte de alimentação do fio quente, o osciloscópio e o gerador de sinal.
4. Configure o gerador de sinal para produzir uma onda quadrada com amplitude de 150 mV e frequência de 10 kHz.
5. Observe o sinal de saída no osciloscópio para certificar-se de que a frequência de forma de onda de saída e amplitude estão corretas.
6. Feche a seção de teste e conecte a porta serial. Ligue o túnel de vento e afina a velocidade de ar para 40 mph.
7. Uma vez estabilizada a vazão de ar, meça a largura da superação do sinal, τ, a partir do osciloscópio. Consulte a Figura 3 para a definição de τ.
8. Use o valor medido de τ para obter a frequência de corte do sistema de fio quente usando a equação: f_corte = 1/1,5τ.
9. Desligue o túnel de vento.

2. Calibração do fio quente

O objetivo deste procedimento é estabelecer a correlação entre a velocidade do ar e o potencial elétrico da ponte Wheatstone. Isso permite medir a velocidade de fluxo.

1. Ajuste a sonda de fio quente para a posição vertical de modo que ela esteja longe o suficiente da placa plana, que neste caso é o piso do túnel de vento, de modo que ele esteja localizado na região do córrego livre.
2. Inicie o software de controle do túnel de vento.
3. Abra o software de instrumento virtual e defina a frequência amostral para 10 kHz e o número de amostras para 100.000. Esses parâmetros são determinados pelas características de fluxo do campo de fluxo a serem medidos e podem variar dependendo do conhecimento da exigência de convergência das estatísticas-alvo.
4. Coloque a velocidade do túnel de vento a 0 mph, e registe a tensão na ponte Wheatstone.
5. Aumente a velocidade do ar do túnel de vento em incrementos de 3 mph até 15 mph. Deixe que o fluxo se estabilize a cada velocidade de ar antes de medir a tensão.
6. Aumente a velocidade do ar do túnel de vento em incrementos de 5 mph até 100 km/h, e meça a tensão em cada incremento.
7. Quando todas as medições estiverem concluídas, reduza o fluxo de ar para 30 mph e, em seguida, desligue o túnel de vento.

Figura 3. Esquema para a largura de sobrecarga de sinal, τ como observado em um osciloscópio durante um teste de onda quadrada.

3. Pesquisa de camada de fronteira

1. Usando a mesma configuração da seção experimental anterior, baixe lentamente a sonda de fio quente até que toque o piso da seção de teste, que funcionará como uma placa plana.
2. Ligue o túnel de vento e coloque a velocidade do ar a 40 mph, a frequência amostral de 10 kHz e o número de amostras para 100.000 como anteriormente.
3. Regisso gravar a leitura de tensão na configuração vertical mais baixa, que fica ao lado da placa plana e na camada de limite.
4. Mova a sonda verticalmente, aumentando a altura em passos de 0,05 mm até a altura de 0,50 mm e registo a leitura da tensão na posição vertical.
5. Aumente a altura da sonda em passos de 0,10 mm até a altura de 1,50 mm e regissou a leitura da tensão na posição vertical.
6. Aumente a altura da sonda em passos de 0,25 mm até a altura final de 4,00 mm e regissou a leitura da tensão na posição vertical.
7. Quando todas as medições estiverem concluídas, reduza a velocidade do ar para 20 mph e, em seguida, desligue o túnel de vento, CTA, fonte de alimentação, osciloscópio e gerador de função.