8.5: Türbülans Küresi Yöntemi: Rüzgar Tüneli Akış Kalitesinin Değerlendirilmesi

1. Rüzgar tünelinde türbülans küresinin hazırlanması

1. Rüzgar tüneli pitot tüpünü basınç tarayıcısındaki #1 numaralı bağlantı noktasına bağlayın ve statik basınç bağlantı noktasını basınç tarayıcıdaki #2 numaralı bağlantı noktasına bağlayın.
2. Harici dengeyi kilitleyin.
3. Küre payandasını rüzgar tüneli içindeki denge desteğine sabitleyin.
4. Küreyi çapı 6 olacak şekilde monte edin.
5. Ön kenar basınç musluğunu basınç tarayıcısındaki #3 numaralı bağlantı noktasına bağlayın ve dört kıç basınç musluğunu basınç tarayıcısındaki #4 numaralı bağlantı noktasına bağlayın.
6. Hava besleme hattını basınç regülatörüne takın ve basıncı 65 psi'ye ayarlayın.
7. Basınç tarayıcısının manifoldunu basınç hattına bağlayın.
8. Veri toplama sistemini ve basınç tarayıcısını başlatın. Testten en az 20 dakika önce bunları açtığınızdan emin olun.
9. Pürüzsüz bir küre için serbest hava kritik Reynolds sayısına dayalı olarak maksimum dinamik basıncı tahmin edin: . Önerilen test parametreleri için Tablo 1 ve 2'ye bakın.
10. 0 ile q_max arasında dinamik basınç testi aralığını tanımlayın ve aralığı 15 aralığa bölerek test noktalarını tanımlayın.

Tablo 1. İlk test için parametreler.

Tablo 2. İkinci test için parametreler.

2. Stabilizasyon ve basınç tarama ölçümü yapmak

1. Barometrik basıncı ve oda sıcaklığını okuyun ve değerleri kaydedin.
2. Manometre üreticisi tarafından sağlanan denklemleri kullanarak düzeltmeleri barometrik basınca uygulayın.
3. Veri toplama yazılımını kurun ve uygun IP adresini ayarlayarak basınç tarayıcısına bağlayın.
4. Her komuttan sonra enter tuşuna basarak aşağıdaki komutları ekleyin.
   >calz
   >set chan1 0
   >set chan 1-1..1-4
   > fps 10
ayarla
5. Test bölümünde ve rüzgar tünelinde kalıntı bulunmadığını kontrol edin.
6. Test bölümü kapılarını kapatın.
7. Rüzgar tüneli hız kadranını sıfıra ayarlayın.
8. Rüzgar tünelini ve rüzgar tüneli soğutma sistemini açın.
9. Rüzgar hızı 0 mil / saatteyken, verileri kaydetmeye başlayın, ardından basıncı taramak için aşağıdaki komutu girin:
   >tarama
10. Rüzgar tüneli hava sıcaklığını kaydedin.
11. Rüzgar hızını, adım 1.10'da tanımlandığı gibi bir sonraki test noktası dinamik basıncına kadar artırın.
12. Hava hızı dengelenene kadar bekleyin, ardından son test noktası yürütülene kadar 2.9 - 2.11 adımlarını tekrarlayın.
13. Hava hızını yavaşça sıfıra düşürün.
14. Tüm noktalar ölçüldüğünde, küre içindeki 6'yı 1.2 - 1.5 adımlarını izleyerek bir sonraki küre ile değiştirin.
15. Stabilizasyon ve basınç tarama deneylerini tekrarlamak için 2.3 - 2.14 arasındaki adımları tekrarlayın.
16. Her üç küre için de test gerçekleştirildikten sonra rüzgar tünelinin soğumasını bekleyin.
17. Rüzgar tünelini ve veri toplama yazılımını kapatın.

Aerodinamik testlerde, rüzgar tünelleri, çeşitli nesnelerin ve ölçekli uçakların aerodinamik özelliklerini belirlemek için paha biçilmezdir. Rüzgar tüneli verileri, test bölümünün içine monte edilen bir test modeline kontrollü bir hava akışı uygulanarak oluşturulur. Test modeli tipik olarak benzer geometriye sahiptir, ancak gerçek nesneye kıyasla daha küçük bir ölçektedir.

Rüzgar tüneli testlerinde üretilen verilerin kullanışlılığını sağlamak için, rüzgar tüneli akış alanı ile gerçek nesne üzerindeki gerçek akış alanı arasında dinamik benzerlik sağlamalıyız. Dinamik benzerliği korumak için, rüzgar tüneli deneyinin Reynolds sayısı, test edilen akış fenomeninin Reynolds sayısı ile aynı olmalıdır.

Bununla birlikte, rüzgar tünellerinde veya serbest havada yapılan deneyler, aynı test Reynolds sayısı ile bile olsa, rüzgar tüneli test bölümü içindeki serbest akış türbülansının etkileri nedeniyle farklı sonuçlar verebilir. Bu farklılıklar, rüzgar tüneli için daha yüksek etkili bir Reynolds sayısı olarak algılanabilir. Peki, rüzgar tünelindeki testleri serbest hava deneyleriyle nasıl ilişkilendirebiliriz?

Rüzgar tünelindeki serbest akış türbülansının yoğunluğunu, bir küre gibi bilinen akış davranışına sahip iyi tanımlanmış bir nesne kullanarak tahmin edebiliriz. Bu yönteme türbülans küresi yöntemi denilmektedir. Türbülans küresi yöntemi, küre sürüklenme krizi adı verilen iyi çalışılmış duruma dayanır.

Küre sürükleme krizi, Reynolds sayısı kritik bir değere ulaştığında bir kürenin sürükleme katsayısının aniden düştüğü olguyu tanımlar. Akış kritik Reynolds sayısına ulaştığında, sınır tabakası kürenin ön kenarına çok yakın bir yerde laminerden türbülanslı hale geçer. Bu geçiş, düşük bir Reynolds sayısındaki akışla karşılaştırıldığında, gecikmeli akış ayrılmasına ve daha ince bir türbülanslı uyanmaya ve dolayısıyla sürtünmenin azalmasına neden olur.

Bu nedenle, kritik Reynolds sayısını belirlemek için bir dizi test Reynolds sayısında bir kürenin sürükleme katsayısını ölçebiliriz. Bu, Reynolds sayısı testini Reynolds sayısının etkinliği ile ilişkilendiren türbülans faktörünü belirlememizi sağlar.

Bu deneyde, bir rüzgar tüneli ve yerleşik basınç musluklarına sahip birkaç farklı türbülans küresi kullanarak türbülans küresi yöntemini göstereceğiz.

Bu deney, tünel test bölümündeki serbest akış akışının türbülans seviyesini belirlemek için aerodinamik bir rüzgar tünelinin yanı sıra değişen çaplara sahip birkaç türbülans küresi kullanır. Türbülans küreleri, her birinin ön kenarında bir basınç musluğunun yanı sıra 22.5 mi? Arka kenardan, rüzgar tünelindeki türbülansı analiz etmemize yardımcı olan iyi tanımlanmış akış özelliklerine sahiptir.

Deneyi kurmak için önce rüzgar tüneli pitot tüpünü 1 numaralı basınç tarayıcı portuna bağlayın. Ardından, rüzgar tüneli statik basınç portunu 2 numaralı porta bağlayın. Şimdi, dış dengeyi kilitleyin. Küre payandayı rüzgar tüneli içindeki denge desteğine sabitleyin.

Ardından, 6'yı küre içine kurun. Ön kenar basınç musluğunu 3 numaralı basınç tarayıcı bağlantı noktasına bağlayın ve dört arka basınç musluğunu 4 numaralı bağlantı noktasına bağlayın. Hava besleme hattını basınç regülatörüne bağlayın ve basıncı 65 psi'ye ayarlayın. Ardından, basınç tarayıcısının manifoldunu 65 psi'de düzenlenen basınç hattına bağlayın.

Veri toplama sistemini ve basınç tarayıcısını başlatın. Sistem dengelenirken, pürüzsüz bir küre için serbest hava kritik Reynolds sayısına dayalı olarak test için gerekli olan maksimum dinamik basıncı (q max) tahmin edin.

Burada, her kürenin birinci ve ikinci testi için önerilen test parametrelerini listeliyoruz. Şimdi, bu parametreleri kullanarak, sıfırdan q max'a kadar dinamik basınç testi aralığını tanımlayın ve ardından aralığı 15 aralığa bölerek test noktalarını tanımlayın.

Deneyi çalıştırmadan önce, odadaki barometrik basıncı okuyun ve değeri kaydedin. Ayrıca, oda sıcaklığını okuyun ve değerini kaydedin. Manometre üreticisi tarafından sağlanan denklemleri kullanarak oda sıcaklığını ve coğrafi konumu kullanarak düzeltmeleri barometrik basınca uygulayın.

Şimdi, önce tarama programını açarak veri toplama yazılımını kurun. Ardından, basınç sensöründen gelen sinyali okuyan ve kalibre eden DSM 4000 yazılımını uygun IP adresini ayarlayarak ve bağlan düğmesine basarak bağlayın. Üretici tarafından tanımlanan komutları, her komuttan sonra enter tuşuna basmayı hatırlayarak, gösterildiği gibi ekleyin.

Yazılım artık hazır olduğuna göre, test bölümünün ve rüzgar tünelinin kalıntı ve gevşek parçalardan arınmış olduğundan emin olmak için kontrol edin. Ardından, test bölümü kapılarını kapatın ve rüzgar tüneli hızının sıfıra ayarlanıp ayarlanmadığını kontrol edin. Rüzgar tünelini açın ve ardından rüzgar tüneli soğutma sistemini açın.

Rüzgar hızı sıfıra eşitken, veri toplama sistemine veri kaydetmeye başlayın, ardından basınç ölçümünü başlatmak için tarama komutunu yazın. Ardından, rüzgar tüneli sıcaklığını kaydedin. Rüzgar hızı doğrudan dinamik basınçla ilişkili olduğundan, bir sonraki dinamik basınç test noktasına ulaşana kadar rüzgar hızını artırın. Ardından, hava hızı dengelenene kadar bekleyin ve basınç taramasını yeniden başlatın. Rüzgar tüneli sıcaklığını kaydettiğinizden emin olun. Dinamik basınç noktalarının her birinde bir basınç taraması yaparak ve her seferinde rüzgar tüneli sıcaklığını kaydederek deneye devam edin. 6 inçlik küre için tüm noktalar ölçüldüğünde, 4.987 inç ve 4 inçlik türbülans küreleri için stabilizasyon ve basınç tarama deneyini tekrarlayın.

Her küre için, basınç portu 3'teki durgunluk basıncını ve basınç portu 4 aracılığıyla kıç portlardaki basıncı ölçtük, bunlar basınç farkı, delta P'yi vermek için çıkarıldı. Ayrıca, test dinamik basıncını belirlemek için kullanılan test bölümü toplam basıncını, Pt'yi birinci basınç portundan ve statik basıncı, Ps'yi, ikinci basınç portundan ölçtük, q.

Ardından, basınç farkının dinamik basınca bölünmesine eşit olan normalleştirilmiş basıncı hesaplayabiliriz. Hava basıncı ve hava akış sıcaklığı da kaydedilerek hava akışı özelliklerinin hesaplanması sağlandı. Test bölümünde bir yuva olduğunu, yani ortam havasına açık olduğunu hatırlayın. Bu nedenle, test bölümünde akış düzeyinde basınç gradyanı olmadığı varsayılarak, serbest akış akışının yerel statik basıncının mutlak değeri, ortam hava basıncı olarak kullanılabilir.

Yoğunluk, ideal gaz yasası ve Sutherland formülü kullanılarak elde edilen viskozite kullanılarak elde edilir. Hava yoğunluğu ve viskozitesi belirlendikten sonra Reynolds sayısını hesaplayabiliriz. Burada, Reynolds sayısının normalleştirilmiş basınç farkına karşı bir grafiğini, q üzerindeki delta P'yi gösteriyoruz.

Bu grafiği kullanarak, kritik Reynolds sayısı normalleştirilmiş basınç değeri 1.22'ye karşılık geldiğinden, her küre için kritik Reynolds sayısını belirleyebiliriz. Her kritik Reynolds sayısı ile türbülans faktörünü ve etkin Reynolds sayısını değerlendirebiliriz. Türbülans faktörü, rüzgar tünelindeki türbülansın yoğunluğu ile ilişkilidir.

Özetle, serbest akış türbülansının bir rüzgar tünelindeki testleri nasıl etkilediğini öğrendik. Daha sonra rüzgar tüneli akışının türbülans faktörünü ve yoğunluğunu belirlemek ve kalitesini değerlendirmek için birkaç düz küre kullandık.