Waiting
Login processing...

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

Engineering

Akış yapısı akış görüntüleme yöntemleri ile Delta kanat üzerinde deneysel incelenmesi

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

Summary

Burada, kararsız kıvırma akar değiştirilmiş duman akışı görselleştirme tekniği kullanarak bir delta kanat üzerinde gözlemlemek ve öncü girdap arıza Mekanlar salınım için sorumlu mekanizma araştırmak için bir protokol mevcut.

Abstract

İyi bilinen bir delta kanat üzerinden akışı alanı counter dönen öncü Girdaplar (LEV) bir çift tarafından hakimdir. Ancak, onların mekanizması iyi anlaşılmış değildir. Akışı görselleştirme tekniği dağınık şekilde ve geçici karmaşık akışı alanı göstermek için umut verici bir sigara tacizkar yöntemdir. Temel akış görselleştirme Kur bir yüksek güçlü lazer ve optik lensler lazer sayfası, bir kamera, bir izleyici parçacık jeneratör ve veri işlemcisi oluşturmak için oluşur. Rüzgar tüneli Kur, cihazların ilgili özellikleri ve karşılık gelen parametre ayarları elde edilecek akış özelliklerine bağlıdır.

Normal duman tel akışı görselleştirme bir duman tel akışı streaklines göstermek için kullanır. Ancak, ne zaman bir karmaşık akışı alanında yürütülen bu yöntemin performansı tarafından yanlış mekansal çözünürlükte sınırlıdır. Bu nedenle, bir geliştirilmiş duman akışı görselleştirme teknik geliştirilmiştir. Bu teknik büyük ölçekli küresel LEV akışı alanı ve küçük ölçekli kesme katman akışı yapısı aynı zamanda, daha sonra detaylı partikül imaj velosimetri (PIV) ölçüm için değerli bir başvuru sağlayan göstermektedir.

Bu yazıda, kararsız akışı olayları bir delta kanat üzerinde çalışmak için geliştirilmiş duman akışı görselleştirme ve PIV ölçüm uygulaması gösterilmiştir. Yordam ve deney için dikkat edilecek noktalar, Rüzgar tüneli kurulumu, veri toplama ve veri işleme de dahil olmak üzere listelenir. Temsilcisi sonuçları bu iki akışı görselleştirme yöntemler üç boyutlu akış alan nitelik ve nicelik soruşturma için etkili teknikler olduğunu göstermektedir.

Introduction

Akışı alan görselleştirme teknikleri yoluyla sıvı Mühendisliği temel bir metodoloji ölçümdür. Farklı görselleştirme teknikleri arasında duman tel akışı görselleştirme Rüzgar tüneli deneylerde ve boya görselleştirme su tünel deneylerde en çok kullanılan akış yapıları niteliksel göstermek için vardır. PIV ve lazer Doppler anemometry (Ida) iki tipik kantitatif teknikleri1dir.

Duman tel akışı görselleştirme, duman streaklines yağ damlacıkları bir Isıtma tel üzerinde oluşturulduğu veya dış duman jeneratör/kapsayıcıyı deneyler sırasında enjekte. Yüksek güçlü ışık veya lazer sayfaları duman streaklines aydınlatmak için kullanılır. Görüntüleri daha sonra daha ayrıntılı bir çözümleme için kaydedilir. Bu basit ama çok yararlı akışı görselleştirme yöntem2. Ancak, bu yöntemin etkinliğini duman teller, karmaşık üç boyutlu akış alanı, akışının nispeten yüksek hız ve verimlilik duman üretimi3kısa süreli gibi çeşitli faktörler tarafından sınırlandırılabilir.

PIV ölçümlerde sürüklenmiş parçacıkları ile akışı alan bir kesit lazer tabakasıyla aydınlatılmış ve anlık pozisyonlarda bu kesit parçacıkların bir yüksek hızlı kamera tarafından yakalanır. Bir çok küçük zaman aralığı içinde bir çift görüntü kaydedilir. Bir sorgu alanları kılavuza görüntüleri bölme ve parçacıklar çapraz korelasyon fonksiyonları üzerinden sorgulama bölgelerde ortalama hareket hesaplama, gözlenen bu kesit anlık hız vektör harita elde edilebilir. Ancak, bu da uzlaşma için izleme penceresi, hız harita, hız büyüklüğü bir düzlemde, görüntüleri, ortogonal hız çifti arasındaki zaman aralığını çözünürlüğe büyüklüğü gibi etkenlere erişilmesi gereken bilinir büyüklüğü ve parçacık yoğunluğu4. Bu nedenle, birçok araştırmacı deney deneysel ayarlarını en iyi duruma getirmek için gerekli olabilir. Çok pahalı ve zaman alıcı bir bilinmeyen ve karmaşık akışı alan PIV ölçüm yalnız5,6araştırmak olurdu. Yukarıdaki sorunları göz önüne alındığında, duman akışı görselleştirme ve PIV ölçüm birleştirmek için bir strateji önerilen ve burada ince bir delta kanat üzerinde karmaşık akışı çalışmaya gösterdi.

LEV akışı delta kanat üzerinde birçok çalışma yürütülen7,8, birincil araç olarak kullanılan akışı görselleştirme teknikleri ile olmuştur. Birçok ilginç akışı olayları gözlemledim: sarmal türü ve balon yazın girdap arıza9,10, kararsız bir makaslama katman alt yapı11,12, salınım LEV arıza yerleri13 , ve yunuslama ve yaw etkileri açılar14,15,16 akışı yapıları üzerinde. Ancak, delta kanat akışı dengesiz bazı olayları temel mekanizmaları belirsiz7kalır. Bu çalışmada, duman akışı görselleştirme PIV ölçümü, duman tel yerine kullanılan aynı tohum parçacıklar kullanarak artırıldı. Bu gelişme büyük ölçüde canlandırma işlemi basitleştirir ve görüntü kalitesini artırır. Geliştirilmiş duman akışı görselleştirme sonuçlara dayanarak, PIV ölçüm faiz nicel bilgi almak için bu akışı alanlar üzerinde duruluyor.

Burada ayrıntılı bir açıklama nasıl bir rüzgar tüneli bir akışı görselleştirme deneyi yapmak için ve bir delta kanat üzerinde kararsız akışı olayları incelemek için açıklamak için sağlanır. İki görüntüleme yöntemleri, geliştirilmiş duman akışı görselleştirme ve PIV ölçüm, bu deneyde birlikte kullanılır. Yordam aygıt kurulum ve parametre ayarı için adımlar halinde kılavuz bilgiler içerir. Tipik sonuçları içinde dağınık şekilde ve geçici karmaşık akışı alanı ölçmek için bu iki yöntem birleştirerek avantajı göstermek için gösterilen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Rüzgar tüneli Kur

  1. Delta kanat modeli
    1. Alüminyum, 75 ° tarama açısı φ , 280 mm, bir kök yayılma b 150 mm ve 5 mm kalınlığında bir akor uzunluğu c ile delta kanat modelden oluşturun. Var her iki önde gelen ayrılık noktası17 düzeltmek için 35 ° Eğimli kenarlar ( Şekil 1a' ya bakınız).
  2. Rüzgar tüneli tesisi
    1. 2.4 m (boy) × 0,6 m (genişlik) × deneyler sırasında optik erişim sağlayan cam duvarlı donatılmış 0,6 m (yükseklik) test bölümü kapalı döngü düşük hızlı Rüzgar Tüneli'nde deneyler. Böyle bir tesis çalkantılı yoğunluğu % 0,4'den az olmalıdır.
      Not: Bu çalışmada, biz Yukarıdaki özelliklere sahip Hong Kong Politeknik Üniversitesi'nde bir rüzgar tüneli kullanılır. Ayrıca, freestream hız 2.64 m/s arasında değişiyordu 10.56 m/s, U∞ bir Reynolds sayısı, Re, 5 × 104 2 × 105, karşılık gelen temel tipik uçuş Aralık delta kanat chord uzunluğu için bir İnsansız Hava Aracı (İHA).
    2. Gerektiği gibi üç farklı yerleşim (bkz. Şekil 1b-d) boyuna kesit, span-wise kesit ve enine kesit akışı yapılarda gözlemlemek için lazer sac ve kameraları kullanın. Kurulum şeması Şekil 1badımında gösterilir.
      Not: Bu protokol kurulum ve ayrıntılı boyuna kesit ölçümü gösterir.
  3. Delta kanat yüklemek
    1. Açısı attack (AoA), αayarlamak için kullanılan bir dairesel hareket rehberinde var sting, delta kanat trailing edge gidermek. Dairesel Kılavuzu Rüzgar tüneli test bölümü Merkezi satırında merkezidir. Böylece, delta kanat'ın Merkezi her zaman test bölümü merkezinde olabilir. AoA α için ayarlamak 34 ° =.
    2. Dikkatli bir şekilde herhangi bir sapma açısı en aza indirmek ve açısı, açı ölçer ve üç eksenli lazer düzeyde okumalar kontrol ederek rulo delta kanat modeli ayarlayın. Mevcut çalışmada, daha az 0.1 ° Bu iki açıları belirsizlik var.
  4. Lazer tabaka ayarla
    1. Akış yapıları PIV ölçüm ve duman akışı görselleştirme için aydınlatmak için iki lazer ayrı olarak kullanır.
      1. PIV ölçüm için bir ikili darbe lazer dalga boyu 532 ile kullanmak nm ve maksimum enerji her darbe için 600 MJ (ayarlanabilir). Bir Eşitleyici ile transistör transistör mantık (TTL) sinyalleri (bkz. Şekil 1b) ile kontrol.
      2. Duman akışı görselleştirme için sürekli bir lazer dalga boyu 532 ile kullanın nm ve bir güç 1 W. Bu sürekli lazer bağımsız çalışır. Kurulum yükleme sırasında nötr yoğunluk filtresi % 10 geçirgenliği ile lazer ışını güvenliği için filtre uygulamak için kullanın.
    2. Uygun lazer gözlükleri tak.
    3. Lazer ışını Rüzgar tüneli tanıtmak için yansıma ayna ayarlayın. Lazer ışık eksen ve ayna arasındaki açıdır Equation 1 , lazer ışını delta kanat yüzeye normal yapmak için. Lazer ışını konumu xsağlamak /c ≅ 0,25, daha sonra görüş alanı (FOV) merkezi olacak.
    4. Şekil 1badımında gösterildiği gibi lazer sayfası oluşturmak için lazer optik (sürekli lazer, başta) yükleyin. Dışbükey mercek lazer ışını boyutunu (Ayrıca levha kalınlığı) denetlemek için kullanılır. Silindirik objektif lazer ışını bir lazer sayfasına genişletir.
      Not: mevcut çalışmada, silindirik lens odak uzaklığı 700 mm, ve silindirik objektif çapı 12 mm olduğunu.
    5. Lazer levha kalınlığı model üzerinde lazer çizgi ölçerek kontrol edin. Lazer levha kalınlığı uygun değilse dışbükey mercek konumunu ayarlamak (burada, yaklaşık 1 mm, 100 mm test kısmında lazer sayfasının etkili bir genişliğe sahip). Lazer sac kalınlığı 1) lazer sac ve 2) PIV ölçüm içinde anlık görüntü çifti arasındaki zaman aralığını için normal yönde hız bileşeni bağlı olduğunu unutmayın.
    6. Delta kanatla lazer sayfasına yüzeyi rastlantısal bir kalibrasyon hedefi tabak koyun. Çalışmada FOV Rüzgar tüneli koordinat ortogonal olmadığı için bu adım gereklidir.
  5. Kamera ayarları
    1. Kamera kurma lazerler açmak. Lazerler ile bu deneyin ayrı her parçası için iki kamera kullanırken:
      1. PIV ölçüm için yüksek hızlı bir CCD kamera 2048 × 2048 piksel çözünürlük ile kullanın. Bu kamera Eşitleyici ve ikili darbe tarafından kontrol edilir (bkz. Şekil 1b) lazer. Bu kamera verilerde doğrudan bilgisayara iletilir.
      2. Duman akışı görselleştirme için ticari bir dijital fotoğraf makinesi fotoğraf çözünürlüğü 4000 × 6000 piksel ve 50 Hz video kaydı çözünürlüğü 720 × 1280 piksel ile duman akışı görselleştirme sırasında kullanın. El ile işletilecektir.
    2. İstenen FOV elde etmek için fotoğraf makinesinin pozisyon (ticari dijital fotoğraf makinesi, başta) taşıyın. Kalibrasyon hedefi plaka üzerinde odaklanmak için kamera objektifi ayarlayın. Alanın tamamı odaklanmıştır emin olun. Eğer değilse, kamera koordinatlarını kalibrasyon hedefi plakasına ortogonal olmayabilir. Böylece, ayarlamak kameranın dikkatle18konumlayın.
    3. Kamera iyi ayarlanır sonra birkaç kare olur. Daha sonra bu kareler kalibrasyon hedefi plaka gerçek boyutu ve kare piksel arasında ölçek faktörü kalibre ve xyz koordinat başvuru konumu belirlemek için kullanılır. Ardından, kalibrasyon hedefi plaka kaldırın.
  6. Düşük hızda (örneğin, 3 m/s) Rüzgar tüneli açmak ve yağ parçacıkları Rüzgar tüneli enjekte. Aerosol üreteci baskısı 2.5 barda ayarla ve bunu çalıştırmak için 30 s önceden sağlanan akış görüntüleme yöntemi için. Bundan sonra tüm Rüzgar tüneli düzgün petrol parçacıklar normal çapının yaklaşık 1 µm ile seribaşı.
    Not: mevcut çalışmada, tahmini petrol parçacık yoğunluğu konsantrasyon Rüzgar Tüneli'nde yaklaşık de Equation 2 içinde duman akışı görselleştirme; Böylece, genel akış yoğunluğu Rüzgar tüneli değişimdir Equation 3 .
  7. PIV yazılım kurulumu
    1. PIV yazılım PIV sistemiyle kontrol (tablo malzemeleri görmek). Bu yazılım lazer ve kamera, TTL sinyalleri göndermek için Eşitleyici Şekil 1badımında gösterildiği gibi komut olabilir.
    2. 500 toplam örnekleme sayısı ile 5 Hz Örnekleme frekansı ayarla. PIV çerçeveler arasındaki zaman aralığını 80 µs. zaman aralığını FOV ve akış hızı boyutuna bağlı olduğunu not olduğunu. İki çerçeve sorgulama alanlarında bir 50-%75 örtüşme hakkında sahip olduğunuzdan emin olun.

2. deneme gerçekleştirme

  1. Duman akışı görselleştirme geliştirilmiş
    1. İstenen freestream hızla Rüzgar tüneli açmak (U = 2,64 m/s). Bunun için freestream hız stabilize etmek için 10 dakika çalıştırın. Re 50.000, = U freestream hızı olduğunu = 2,64 m/s.
    2. Sürekli Lazeri aç. Dijital kamera akışı yapısının 5-10 anlık görüntüleri yakalamak için kullanın.
    3. Lazer sac LEV çekirdek boyuna kesiti olup olmadığını kontrol edin (bkz: şekil 3' te gösterilen tipik yapısı). Eğer öyleyse, delta kanat modeli bu konumunu daha sonra PIV ölçüm için bir başvuru olarak işaretlemek; Aksi takdirde, optik lens ayarlayarak lazer sayfası konumunu değiştirmek ve aşağıdaki adımları 1.4.6 - 1.5.3 kalibrasyon sıfırlayın.
    4. Bu resimleri gözden geçirin ve odak ve parlaklığı kontrol edin. Görüntü kalitesi tatmin edici değilse, objektif veya ISO kurulum diyafram ayarlamak.
    5. Daha fazla anlık görüntüleri (tipik olarak yaklaşık 20) ve video çekmek (yaklaşık 40 s) uygun kurulum ile. Lazer çevirmek ve verileri bilgisayara aktarın.
  2. PIV ölçüm
    1. Adım 2.1.3 ve anlık görüntülerini adım 2.1.5 sonuçlarını bilinen referans konum bağlı olarak, ilginç bir bölge seçin (x/c≈ 0,3) nerede kıvırma kümelendirilebilir görülebilir FOV olarak. Sürekli lazer ve digital fotoğraf makinesi ile ikili darbe lazer ve CCD kamera PIV ölçüm için değiştirin.
    2. Adımları 1.4.6 - 1.5.3 PIV ölçüm için kalibrasyon kaydetmek için yineleyin.
    3. Rüzgar tüneli istenen freestream hızda U açın = 2,64 m/s. freestream hız istikrarlı olması 10 dakika çalıştırın.
    4. En yüksek güç düzeyinde için ikili darbe lazer ayarlayın ve hazır olun. Veri toplama için 100 başlatmak için belgili tanımlık bilgisayar yazılımı kullanın s. Veri kayıt tamamlandıktan sonra lazer kafasını açmak.
    5. Yazılımındaki kazanılmış resimleri gözden geçirin ve lazer sac dağıtım, parçacık yoğunluğu (genellikle 6-10 parçacıklar her istenen sorgulama alanındaki), odak ve parçacık deplasman Çift Kişilik çerçeveler (25-%50 sorgulama arasında kontrol edin alan).
    6. Görüntülerin kalitesi tatmin edici, Eğer 2.2.5. adımda açıklandığı gibi., veri PC sabit diske kaydedip diğer durumlarda yukarıdaki adımları tekrar uygulayarak çalıştırın. Aksi takdirde, 1,7 ve 2.2. adımları yineleyin ve dikkatli bir şekilde kurulum ayarlayın.

3. veri işleme

  1. Duman görselleştirme geliştirilmiş
    Not: Aşağıdaki adımları, 3.1.1-3.1.4, MATLAB şifre yolu ile otomatik olarak yapılır (bakınız Ek kodlama dosyası).
    1. Video kare bir dizi dönüştürmek. Gri tonlama RGB formdan dönüştürün. Delta kanat yüzeyi yatay yapmak için kareyi döndür. Daha sonra işleme (şekil 2a) ilgi alanı seçin.
    2. Parlaklık ve kontrast akışı yapısı vurgulamak için ayarlayın. İkili resim (şekil 2b) gri görüntü dönüştürmek için uyarlanabilir bir eşik değeri uygulanır.
    3. İkili değerleri her sütun eklemek ve aniden toplamı değiştiği pozisyon bulmak. Bu pozisyon girdap arıza (Şekil 2 c) konumdur.
    4. Girdap arıza yerleri ve onların karşılık gelen saatleri kaydedin. Arıza salınım zaman tarihinin böylece elde edilebilir.
    5. (1.5.3. adımda kalibrasyon hedef plakalı görüntülerden ölçülür) piksel-gerçek boyutu ölçek faktörü piksel zaman geçmişinden gerçek boyutuna dönüştürmek için başvuru konumu belirlemek için kullanılır. Arıza salınım zaman tarihi çizmek.
  2. PIV ölçüm
    1. PIV yazılımını çalıştırın. 2.2.2. adımda alınan görüntüleri ölçek faktörü ve koordinatları başvuru konumunu ayarlamak için kullanın. Parçacıklar vurgulayın ve gürültü18azaltmak için görüntü işleme Kütüphanesi aracılığıyla alınan verileri önceden işlemek.
    2. En küçük kılavuz boyutu 32 × 32 piksel ve % 50 en az bir çakışma ile edinilmiş sorgulama alan yöntemi kullanın. Görüntü alanını seçin ve adaptif çapraz korelasyon 3 x 3 vektör doğrulamasını ayarlayın.
    3. Sonuç bir hız vektör alanı olarak verilir, hangi doğru vektörel çizimler mavi vektörleridir, yeşil olanlar yerine konan vektörel çizimler ve kırmızı olanlar kötü vektörleridir.
    4. 3 x 3 ortalama doğrulama yöntemi yerel hız vektörel çizimler onun mahallede karşılaştırarak tahmin etmek için hareketli uygulanır. Komşularının komşuları ortalama ile çok fazla sapma Değiştir vektörel çizimler.
    5. Zaman geçmiş, örneğin, zaman ortalama hız, standart sapma ve hız bileşenleri arasındaki çapraz korelasyon akış özellikleri hız haritalar vektör istatistikleri hesaplamak. Akışı alan, örneğin, vorticity, kesme vurguluyor ve dönen gücü iç özelliklerini göstermek için vektör harita skaler türevleri hesaplamak.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Şekil 2B LEV arıza yerleri saat tarih gösterir. İskele tarafında LEV siyah eğri gösterir ve kırmızı eğri sancak LEV gösterir. Zaman ölçeği ücretsiz akış hızı ve akor uzunluğa göre nondimensionalized. Bu ikisi arasındaki korelasyon katsayısını zaman geçmişleri olan r −0.53, LEV arıza konumu titreşimler güçlü bir anti-simetrik etkileşim gösteren =. Bu sonucu13,19,20de başkalarının çalışmalarını ile kabul eder.

Şekil 3 boyuna kesit α , LEV akışı yapısını gösterir = 34 ° ve Re 75.000 =. Orijinal görüntü RGB formunda, bir pozlama süresi 1/500 saniye ile dijital kamera tarafından yakalandı. Bu şekilde, koordinat delta kanat chord uzunluğu tarafından normalleştirilmiş. 10 mm ölçek üst sağ köşedeki başvuru için çizilir. Sonuç için düz bir çizgi aşağı delta kanat uç--dan geliştirir birincil LEV çekirdek açıkça göstermektedir. X konumda yakınındaki 0,19 = c, girdap çekirdek aniden genişletir. Bu öncü girdap arıza9,21bilinir. Arıza yer sonra ardından çalkantılı olur. Birincil LEV çekirdek küçük kıvırma yapılardır. Bu kümelendirilebilir önde gelen kenarlarından kaynaklanan ve yamultma katman12,22,23haddeleme içinde birincil girdap çekirdek etrafında girdap. Olarak kümelendirilebilir LEV iç tabaka hareket şekilleri nedeniyle nispeten yüksek hız bileşen girdap çekirdek yakınındaki boyuna yönde gerilir. Deneme sırasında LEV akışı yapısını LEV arıza konumda dışında oldukça sabit belirtilmektedir. Bu duman akışı görselleştirme yöntem yerel küçük akış yapısına ve genel akışı yapısı evrim arasında iyi bir denge elde edebilirsiniz Bu sonucu gösterir.

Şekil 4 PIV ölçüm yakalanan bir 64 x 64 piksel bölgesinde tipik parçacık görüntüleri gösterir. 32 x 32 piksel sorgulama çerçeve A alan, sarı daire tarafından işaretlenmiş 10 tanımlanan parçacıklar vardır. Çerçeve b'de gösterildiği gibi bu parçacıklar iki kare arasındaki zaman aralığını sonra yeni konumlara yerinden Dörtte biri bu sorgu alanları arasında neredeyse % 70 örtüşme sonuçlanan sorgulama çevrenin talebiyle hakkındadır. Ayrıca, hemen hemen tüm parçacıkların kurulum parametrelerini uygun şekilde bu durum için seçilmiştir gösteren lazer sac düzlemde kalır.

Şekil 5 streamwise ve spanwise çapraz bölümlerinde saat ortalama olarak PIV sonuçlarını gösterir. Bu ölçümler yapılır önce geliştirilmiş duman akışı görselleştirme aşağıdaki adımları 2.1.1 - 2.1.3 birincil girdap çekirdek konumu tanımlamak için yapılır. Şekil 5 koordinatları delta kanat chord uzunluğu c ve yerel semispan uzunluk SLile normalleştirilmiş. Vorticity Equation 4 olarak normalleştirilmiş ω * ωU∞=/c. Bu sonuca göre birincil girdap çekirdek pozitif ve negatif vorticities dönüm satırı ile kolayca tespit edilebilir ve siyah noktalı çizgiyle işaretlenir. Üst ve alt bölgelerde büyük vorticities çalışırken kesme katmanları göster. λCI ölçütü24,25 Girdaplar PIV ölçüm üzerinden tanımlamak için kullanılır. Şekil 5' te, bir yerel dönen gücü Girdaplar varlığını gösteren sıfırdan daha düşük olan düz çizgiler göstermektedir. Çekirdek, yakınındaki kümelendirilebilir uzatılır ve dönen güç dağılımı içinde görünmez. Ancak, konsantre vorticity kontur hala beyaz noktalı çizgiyle işaretlenmiş kümelendirilebilir burada, öneriyor. Şekil 5biçinde hız vektör harita açıkça her tarafında akışını öncü ayırır ve daha sonra LEV çekirdeğin içine rulo bir güçlü kesme katman oluşturur gösterir. Streamwise kesit akışı yapısında tamamlayıcı, spanwise akışı yapısını açıkça dış kıvırma kümelendirilebilir evrimi gösterir.

Figure 1
Şekil 1: şemalar kurulumları. (a) delta kanat modeli; (b-d) kurulumları PIV ölçüm boyuna kesit, spanwise kesit ve enine kesit için sırasıyla. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Şekil 2: LEV arıza yer ölçümü. (a) öncü girdap yapısı enine kesit gösterilen bir duman akışı görselleştirme Sonuç: α = 34 ° ve Re 50.000; = işaretli alana döndürülmüş ve daha da işlenebilir. (b) işaretli alana ikili resim içinde (a), açıkça LEV çekirdek ve arıza gösterilen. (c) ikili resim (b) her bir sütun ve belirlenen LEV arıza konumu tarafından chord uzunluğu cnormalleştirilmiş streamwise yönde (x-yön), özetleme. (d) saat geçmişleri LEV arıza mekanlar. Equation 5 zaman ortalama konumdur ve Equation 6 zaman ortalama konumu anlık mesafededir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3: α , boyuna kesit öncü girdap yapısında = 34 ° ve Re 75.000, duman akışı görselleştirme elde edilen =. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 4
Şekil 4: 64 x 64 piksel bölgesinde parçacık görüntüler. Karşılık gelen sorgu 32 x 32 piksel alandır. 80 mikrosaniye çerçeveler A ve B arasındaki zaman aralığıdır. Özgün sorgu alanında tanımlanan parçacıklar sarı daire tarafından işaretlenir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 5
Şekil 5: PIV saat ortalama olarak sonuçları. Yerel dönen gücü daha düşük bölgeleriyle boyuna kesit sıfır (bir) boyutsuz vorticity ω * kontur düz çizgiler ile işaretleme. (b) Dimensionless vorticity ω * dağılımı ile hız vektörel çizimler kısmında spanwise çapraz x = 0,4c; koordinatları yerel semispan boyla SL normalize (α = 34 ° ve Re 50.000 =). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Bu yazı iki akışı görselleştirme yöntem, geliştirilmiş duman akışı görselleştirme ve nitelik ve nicelik delta kanat akışı yapısı araştırmaya PIV ölçüm sunar. Denemenin genel yordamları adım adım açıklanmıştır. Cihazlar dahil farklı olmakla birlikte bu iki yöntem kurulumları neredeyse aynıdır. Bu iki akışı görselleştirme yöntemleri temel parçacıklar lazer sayfası üzerinden akışı aydınlatmak için ilkedir. Geliştirilmiş duman akışı görselleştirme bir bilinmeyen akış yapısının genel bir bakış elde etmek için yardımcı olur aynı zamanda küçük yerel yapılardır ve genel akışı yapısını elde edebilirsiniz. Nicel PIV analiz ilginç akışı alan bir detaylı vektör harita sağlar. Böylece, bu akışı görselleştirme yöntemleri birleştirerek araştırma verimliliği önemli ölçüde artırabilir.

Normal duman tel akışı görselleştirme ile karşılaştırıldığında, aşağıda gösterildiği duman akışı görselleştirme yöntemi oldukça verimli bir şekilde yürütülmektedir. Çünkü parçacıklar eşit şekilde dağıtılır, küçük akışı yapıları kolayca tanımlanır. Karmaşık üç boyutlu akışında bu yöntem geleneksel duman tel yönteminde lazer sayfası her zaman duman ile hizalı gerekir Oysa kayma herhangi bir konumda farklı kesitler, akış alanlarında gözlemlemek üzere ayarlanması için lazer sayfası sağlar. yön ve gözetleme penceresi buna göre sınırlı26var. Ayrıca, geliştirilmiş bu yöntem bir duman tel deneme sırasında bazı bölgelerde duman yokluğu nedeniyle herhangi bir akış bilgilerini kaçırmaması gereken. Ancak, bu yöntem için nasıl tohum yapılır nedeniyle açık döngü Rüzgar tüneli İmkanlar uygun olmaz. Akışı görselleştirme veri hayali Aydınlatmaları3,27tuzaklardan kaçınmak için dikkatli bir şekilde analiz edilmelidir.

Akışı alan delta kanat üzerinde son derece üç boyutlu ve herhangi bir rahatsızlık için hassas olduğundan, non-müdahaleci araştırmalar21tavsiye edilir. Uçaklarda ölçümleri için ortogonal hız bileşeni gözlem uçakta PIV ölçüm28,29sırasında dikkate almak önemlidir. Bu durumda, iki çerçeve ve lazer levha kalınlığı arasındaki zaman aralığını en parçacıkların lazer sayfası taşımak değil emin olmak için ortogonal hızı ile bir uzlaşma olması gerekir. Benzer ölçümler için bazı durumlarda önceden en uygun olanları belirlemek için farklı Kur parametrelerle çalıştırmanız önerilir.

Bu raporda açıklanan akışı görselleştirme uygun, verimli ve düşük maliyetli yöntemlerdir. Blöf cesedi azaltma ve girdap-yapı etkileşimi etkileri kontrol hızlı bir şekilde değerlendirmek, kontrol mekanizmalarını anlamak ve hızlandırmak için gibi gelecekte, bu teknikleri etkin akış denetimi, karmaşık akışı alanlara uygulanacak Denetim parametrelerini duruma getirilmesi.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

Yazarlar Hong Kong araştırma hibe Konseyi (Hayır. teşekkür etmek istiyorum GRF526913), Hong Kong yenilik ve teknoloji Komisyonu (Hayır. Its/334/15FP) ve bize Office, deniz araştırma Global (Hayır. N00014-16-1-2161) finansal destek için.

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

Mühendisliği sayı: 134 Delta kanat duman akışı görselleştirme öncü girdap girdap arıza girdap salınım partikül imaj velosimetri
Akış yapısı akış görüntüleme yöntemleri ile Delta kanat üzerinde deneysel incelenmesi
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