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Visualisierung der Fluss vorbei an einem Messkörper
 

Visualisierung der Fluss vorbei an einem Messkörper

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Aufgrund der nichtlinearen Natur seiner regierenden Gesetze induziert flüssige Bewegung komplizierte Strömungsmuster. Diese Muster sind von vielen Faktoren beeinflusst von denen Fluss vorbei an einem Hindernis wie ein bluff ist. Ein Störkörpers ist ein Objekt, dass wegen seiner Form Ursachen über den größten Teil seiner Oberfläche getrennt. Je nach den Strömungsverhältnissen kann diese Strömung, verursachend oszillierende Strömungsmuster im Zuge genannt Vortex shedding instabil werden. Dieses Video vermittelt Grundkenntnisse über Strömungsablösung und Wirbel verursacht durch einen bluff Körper und zeigen eine Technik verwendet, um die sich daraus ergebenden Fließstrukturen zu visualisieren.

Zunächst betrachten wir die einheitliche stetigen Strom von Wasser mit der Geschwindigkeit U Unendlichkeit genannt die kostenlosen online Stream Geschwindigkeit nähert sich ein Kreiszylinder. Grenzschicht Trennung auf der Oberfläche des Objekts führt zur Bildung von Wirbeln um den Körper, die schließlich lösen in den sog. Wenn regelmäßige Ablösung stattfindet, generieren die Wirbel alternierende Bereiche des Niederdruckes hinter dem Körper. Diesen Vorgang nennt den Von Karman-Vortex Straße. Diese sich wiederholenden Muster erfolgt auf bestimmte Bereiche der Reynolds-Zahl, eine dimensionslose Parameter definiert als das Verhältnis der Trägheitskräfte zu zähflüssig Kräfte. Hier Nu ist die kinematische Viskosität des Fluids, V ist in diesem Fall die charakteristische Geschwindigkeit oder U Unendlichkeit, und D ist der Durchmesser des Zylinders. Zum Beispiel wenn die Reynolds-Zahl etwa fünf ist, Exponate in den Einstellungen in der folgenden Demo, der Fluss zwei stabile gegenläufig rotierenden Wirbel hinter dem Zylinder. Mit zunehmender Reynoldszahl verlängern diese Wirbel in die Richtung der Strömung. Wenn die Reynolds Zahl erreicht etwa 37, Gefolge wird instabil und oszilliert sinusähnlich durch ein Ungleichgewicht zwischen Druck und Dynamik. Die Frequenz in der Wirbel aus dem Zylinder Schuppen sind ist nicht konstant, sondern variiert mit dem Wert der Reynoldszahl. Diese Ausscheidung Frequenz zeichnet sich durch die Strouhal-Zahl, die ein weiterer dimensionslose Parameter ist. Der Strouhal, die Zahl als definiert ist gezeigt, wo f ist die Vortex shedding Frequenz. Experimentelle Analyse der Strömungsmuster verwendet vier Arten von Fließlinien. Ein Pfad ist der Pfad, den ein bestimmter flüssiger Partikel folgt, wie es mit der Strömung bewegt. Eine Ader-Linie ist die kontinuierliche Ortslinie aller flüssigen Teilchen deren Bewegung vom selben Ort entstanden. Eine Streamline ist eine imaginäre Linie, die augenblicklich ist und lokal Tangente an das Geschwindigkeitsfeld. Beachten Sie, dass Linien, Streifen Linien und Stromlinien unter stetigen Strömungsverhältnissen mit einander übereinstimmen. In den Stromfluss entspricht dies Regionen der Strömung stromaufwärts von der Messkörper oder weit genug vor dem Einfluss von seinem Gefolge. Auf der anderen Seite voneinander weg Linien, Streifen Linien und Stromlinien unter instationären Strömungsbedingungen. Im Stromfluss entspricht dies im Wesentlichen infolge der Messkörper. Schließlich sind Timelines der kontinuierlichen Lokus flüssige Teilchen, die für den Fluss zur gleichen instant rechtzeitig freigegeben wurden. In das folgende Experiment verwenden wir eine kontinuierliche Blatt winzige Wasserstoff Luftblasen Strömungsmuster mit Zeitleisten und Streifen Linien zu analysieren. Nun, schauen wir wie die Strömung Experiment eingerichtet.

Zuerst montieren Sie das Gerät entsprechend dem Schaltplan gezeigt. Die positive Elektrode im Wasser stromabwärts Ende der Messstrecke zu beheben. Als nächstes befestigen Sie die negative Elektrode stromaufwärts. Dies sollte in der Nähe der Stelle, wo die Bläschen in den Stream freigegeben werden, bevor der Fluss das Objekt der Untersuchung erreicht. Schalten Sie die Fluss-Anlage. Legen Sie das Zifferblatt der Frequenz-Regler auf Position zwei um eine mittlere Geschwindigkeit von etwa 0,04 Meter pro Sekunde zu etablieren. Diese Geschwindigkeit entspricht einer Durchflussmenge von ca. 50 bis minus fünfte gewürfelten Metern pro Sekunde. Jetzt schalten Sie den DC-Stromversorgung und erhöhen Sie die Spannung auf etwa 25 Volt mit der aktuellen rund 190 Milliampere. Setzen Sie auf einem Signalgenerator den Ausgang auf ein Rechtecksignal mit einer Null-Volt bis 5 Volt quadratische Signal, das schließt den Stromkreis in seiner hohen Position und öffnet sie in der unteren Position. Maximieren Sie die DC auf fünf Volt versetzt, so dass der Stromkreis immer geschlossen ist und Luftblasen das System kontinuierlich erzeugt. Um Zeitpläne zu erstellen, ändern der DC-Offset in den Signalgenerator zu einem Volt. Dann stellen Sie die Frequenz der quadratischen Welle 10 Hertz. Zeitpläne werden im Fluss produziert. Legen Sie die Symmetrie der quadratischen Welle auf minus zwei um den Raum zwischen Zeitlinien zu erhöhen.

Zuerst messen Sie den Durchmesser der Stange mit einem Bremssattel in SI-Einheiten. Die zylindrischen Stab stromabwärts von der negativen Elektrode zu beheben. Werfen Sie hochintensive Licht auf die Schicht der Wasserstoff Luftblasen, um sicherzustellen, dass das Licht nicht direkt hinter der Linie der Blick auf die Übersättigung von dem abbildenden System zu verhindern. Richten Sie das Visualisierungssystem mit der Rute so aus, dass nur die Runde Spitze vor der Kamera sichtbar ist. Fügen Sie ein Zeichen im Fenster "Visualisierung" und stromabwärts des Stabes zu verwenden, um die Wirbel zu zählen als Referenzpunkt Zyklen zu vergießen.

Zuerst messen Sie die Breite der Schatten die Rute auf die Blase Blatt. Nehmen Sie die Messung rechts beim Stab um Verzerrungen mit Abstand zu vermeiden. Mithilfe der Stabdurchmesser um der Umrechnungsfaktor von Maschineneinheiten zur realen Einheiten zu bestimmen. Als nächstes wählen Sie eine Gruppe von fast unverfälschten Timelines abseits der Messkörper und dem Einfluss von seinem Gefolge. Messen Sie den Abstand L zwischen der ersten und letzten Timeline in Maschineneinheiten. Die Anzahl der in der Gruppe Zeitvorgaben und beachten Sie die Frequenz der quadratischen Welle. Bestimmen Sie die nahende Strömungsgeschwindigkeit aus der folgenden Gleichung. Jetzt mit der kinematischen Viskosität des Wassers, berechnen die Reynolds-Zahl. Bestimmen Sie als nächstes die Strouhal-Zahl durch die Beobachtung der Wirbel im Zuge des Stabes. Beachten Sie, dass die Wirbel mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit im Vergleich zu den Zeitleisten im kostenlosen Stream bewegen. Die feste Zeichenfolge als Referenz verwenden, die Anzahl der Wirbel Zyklen, NS, überqueren den Referenzpunkt in einem definierten Zeitraum zu vergießen. Berechnen Sie die Ausscheidung Frequenz. Dann anhand der Ergebnisse um der Strouhal-Zahl zu berechnen.

Nun, da wir über das Verfahren und die Analyse gegangen sind, werfen wir einen Blick auf die Ergebnisse. Die Gültigkeit des Ergebnisses kann durch eine Beziehung zwischen der Reynolds-Zahl und der Strouhal-Zahl bestimmt werden. Die Koeffizienten St * und m Bereich Reynolds hängen und können in der Literatur gefunden werden. Die Reynolds-Zahl in diesem Beispiel ist 115. So können die Werte von St * und m verwendet werden, um die Strouhal-Zahl zu berechnen. Der berechnete Wert für die Strouhal-Zahl ist 0.172, die auch auf den gemessenen Wert von 0.169 korreliert. Als dieses Experiment durchgeführt wurde, mit unterschiedlichen betriebliche Parametern korreliert die Berechnungen der Reynolds und Strouhal Zahlen gut auf die mathematische Beziehung zwischen den beiden Zahlen. Dies zeigt, wie gut die Blase-Methode verwendet werden kann, zu Strömungsmuster um einen bluff Körper verstehen.

Fließstrukturen zu verstehen ist wichtig, Planung und Betrieb von vielen Arten von technischen Anwendungen. Pfeiler der Brücken und Bohrinseln sollen die Turbulenzen verursacht durch Stromfluss über die Struktur standhalten. Kenntnis den Vortex shedding Frequenzen mit eine vorgegebenen Struktur ausgesetzt wird ist entscheidend für sein Design. In diesem Zusammenhang Ingenieure haben um sicherzustellen, dass die Eigenfrequenz der Struktur ist nicht so, dass es, mit dem Vortex Frequenz zu vergießen Anklang findet, denn dies unweigerlich zu Totalausfall der Struktur führt. Es ist auch für Strömung um eine Streamline Objekt wie ein Luft-Folie zu studieren oder Schiff Rumpf. Durch die Verwendung von Fließlinien, Ingenieure können bestimmen, dass Parameter wie der Winkel an die Stände, ein Flugzeug oder sogar Aufzug Merkmale anhand der Strömungsgeschwindigkeit zu schätzen.

Sie habe nur Jupiters Video-on-Visualisierung von Fließlinien um einen bluff Körper beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen die Grundlagen der Flüssigkeitsströmung Muster und der Straße Von Karman-Vortex, wie ein Experiment eingerichtet, um diese Fließstrukturen zu visualisieren und wie das Fließverhalten zu studieren. Danke fürs Zuschauen.

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