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Visualisation du flux passé un corps Bluff

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En raison du caractère non linéaire de ses lois régissant, mouvement fluid induit coulement complexe. Ces modèles d’écoulement sont influencés par plusieurs facteurs, dont une est flux passé un obstacle comme un corps bluff. Un corps de bluff est un objet que, grâce à sa forme, causes séparé des flux sur la majeure partie de sa surface. Selon les conditions d’écoulement, ce flux peut devenir instable, donnant lieu à la charge des modèles d’écoulement dans la foulée appelé vortex effusion. Cette vidéo mettra en place les bases de la séparation de l’écoulement et vortex provoqué par un organisme de bluff et démontrer une technique utilisée pour visualiser des modèles d’écoulement qui en résulte.

Tout d’abord, nous allons examiner le débit d’eau uniform et régulier avec l’infini de vitesse U appelée la vitesse d’écoulement libre d’approchant un cylindre circulaire. Séparation de la couche limite sur la surface de l’objet conduit à la formation de tourbillons autour du corps qui finit par se détacher dans la foulée. Lorsque le détachement périodique a lieu, les tourbillons génèrent alternantes zones de basse pression derrière le corps. Ce processus s’appelle le vortex de Von Karman rue. Ce motif répétitif se produit à certaines gammes de nombre de Reynolds, un paramètre sans dimension défini comme le rapport des forces d’inertie aux forces visqueuses. Ici, nu est la viscosité cinématique du fluide, V est la vitesse caractéristique ou l’infini de U dans ce cas, et D est le diamètre du cylindre. Par exemple, dans le paramétrage dans la démonstration suivante, lorsque le nombre de Reynolds est d’environ cinq ans, le débit présente deux tourbillons contra-rotatifs stables derrière le cylindre. Comme le nombre de Reynolds augmente, ces tourbillons s’allongent dans la direction de l’écoulement. Quand l’atteint nombre de Reynolds environ 37, la suite devient instable et oscille sinusoïdalement en raison d’un déséquilibre entre la pression et l’élan. La fréquence dans laquelle tourbillons sont jeter hors du cylindre n’est pas constante, plutôt il varie en fonction de la valeur du nombre de Reynolds. Cette fréquence de délestage est caractérisée par le nombre de Strouhal, qui est un autre paramètre sans dimension. Le Strouhal nombre est défini comme montré où f est la fréquence de délestage de vortex. Analyse expérimentale des écoulements utilise quatre types de conduites d’écoulement. Une ligne de chemin d’accès est le chemin qui fait suite à une particule fluide donnée comme il se déplace avec le courant. Une ligne de strie est le locus continu de toutes les particules fluides dont le mouvement est originaire du même endroit. Une streamline est une ligne imaginaire qui est instantanément et localement tangent vers le champ de vitesse. Notez que les lignes de chemin de strie et rationalise coïncide avec mutuellement dans des conditions de fluidité. Dans le flux de courant, cela correspond aux régions de l’écoulement en amont du corps du bluff ou assez loin de l’influence de son sillage. En revanche, les lignes de chemin de strie et simplifie diffère entre eux dans des conditions d’écoulement non permanent. Dans le flux de courant, cela correspond essentiellement à la suite du corps bluff. Enfin, les délais sont le locus continu de particules fluides qui ont été libérés au flux au même instant dans le temps. Dans l’expérience suivante, nous allons utiliser une feuille continue de bulles d’hydrogène minuscule pour analyser des modèles d’écoulement à l’aide de lignes d’échéanciers et l’ensemencer. Maintenant, nous allons jeter un coup d’oeil à la façon de mettre en place l’expérience de flux.

Tout d’abord, montez l’appareil selon le schéma électrique. Fixer l’électrode positive dans l’eau à l’extrémité aval de la section de l’essai. Ensuite, fixer l’électrode négative en amont. Cela devrait être près du point où les bulles sont libérées dans la circulation avant que le débit atteint l’objet d’étude. Tourner à la facilité de circulation. Ensuite, positionnez le cadran du contrôleur de fréquence sur deux afin d’établir une vitesse moyenne d’environ 0,04 mètres par seconde. Cette vitesse correspond à un débit d’environ 50 à moins cinquième mètres cubes par seconde. Maintenant, allumez l’alimentation DC et augmenter la tension à environ 25 volts avec l’actuels milliampères environ 190. Sur un générateur de signaux, réglez la sortie sur une onde carrée avec un zéro volt à cinq volts signal carré qui ferme le circuit en position haute et l’ouvre en position basse. Maximiser le DC offset de 5 volts pour que le circuit est toujours fermé et le système génère des bulles en continu. Pour produire un calendrier, changer le décalage CC dans le générateur de signaux à un volt. Puis définissez la fréquence de l’onde carrée à 10 Hertz. Un calendrier sera produit dans le flux. Puis définissez la symétrie de l’onde carrée à moins deux afin d’augmenter l’espace entre les échéances.

Tout d’abord mesurer le diamètre de la tige à l’aide d’un étrier en unités SI. Fixer la tige cylindrique en aval de l’électrode négative. Mettre en lumière de haute intensité sur la couche de bulles d’hydrogène, en vous assurant que la lumière n’est pas directement derrière la ligne de vue pour éviter de trop la saturation du système d’imagerie. Aligner le système de visualisation avec la tige de sorte que seule la circulaire pointe est visible devant la caméra. Ajouter qu'une marque dans la fenêtre de visualisation et en aval de la tige de l’utiliser comme point de référence pour compter les vortex hangar cycles.

Tout d’abord mesurer la largeur de l’ombre projetée par la tige sur la feuille de bulle. Prenez la mesure à droite à la tige pour éviter une distorsion avec la distance. Le diamètre de la tige permet de déterminer le facteur de conversion des unités de machine aux unités du monde réel. Ensuite, choisissez un groupe de près sans distorsion chronologies loin du corps de bluff et l’influence de son sillage. Mesurer la distance L entre la première et la dernière chronologie en unités de machine. Compter le nombre d’échéances dans le groupe et la fréquence de l’onde carrée à noter. Déterminer la vitesse d’écoulement qui s’approchait de l’équation suivante. Maintenant, en utilisant la viscosité cinématique de l’eau, calculer le nombre de Reynolds. Ensuite, déterminez le nombre de Strouhal en observant les tourbillons dans le sillage de la tige. Notez que les tourbillons se déplacent à une vitesse différente par rapport à l’échéancier dans le flux libre. À l’aide de la chaîne fixe comme référence, compter le nombre de vortex effusion cycles, NS, traversant le point de référence au cours d’une période de temps définie. Calculer la fréquence de délestage. Puis utiliser les résultats pour calculer le nombre de Strouhal.

Maintenant que nous sommes allés au cours de la procédure et l’analyse, nous allons jeter un coup de œil les résultats. La validité du résultat peut être déterminée à l’aide d’une relation entre le nombre de Reynolds et le nombre de Strouhal. Les coefficients St * et m dépendent de la gamme de nombres de Reynolds et peuvent être trouvés dans la littérature. Le nombre de Reynolds dans cet exemple est de 115. Ainsi, les valeurs de St * et m peuvent être utilisées pour calculer le nombre de Strouhal. La valeur calculée pour le nombre de Strouhal est 0,172, ce qui correspond bien à la valeur mesurée de 0,169. Quand cette expérience a été réalisée avec différents paramètres de fonctionnement, les calculs des nombres de Reynolds et de Strouhal corrélation bien à la relation mathématique entre les deux nombres. Cela montre comment la méthode bulle permet de comprendre les modes d’écoulement autour d’un corps de bluff.

Comprendre les modes d’écoulement est essentiel à la conception et l’exploitation de nombreux types d’applications d’ingénierie. Piliers de ponts et plates-formes pétrolières offshore sont conçus pour résister à la turbulence causée par le flux de courant au-delà de la structure. Sachant le vortex effusion de fréquences au cours de laquelle il s’exposera une structure donnée est essentielle pour sa conception. À cet égard, les ingénieurs ont pour s’assurer que la fréquence propre de la structure est pas telle qu’elle résonnera sur le vortex effusion fréquence parce que cela conduira inévitablement à une défaillance catastrophique de la structure. Il est également essentiel pour étudier l’écoulement du fluide autour d’un objet simplifiée comme une feuille d’air ou de coque de navire. En faisant usage des conduites d’écoulement, ingénieurs peuvent déterminer des paramètres tels que l’angle pour lequel un avion cale ou même estiment les caractéristiques de l’ascenseur basés sur la vitesse d’écoulement.

Vous avez juste regardé les vidéo de Jove sur visualisation des conduites d’écoulement autour d’un corps de bluff. Vous devez maintenant comprendre les bases des modèles d’écoulement de fluide et le vortex de Von Karman rue, comment mettre en place une expérience de visualiser ces modèles d’écoulement et comment étudier le comportement de l’écoulement. Merci de regarder.

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