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Visualización de flujo más allá de un cuerpo del pen # asco
 

Visualización de flujo más allá de un cuerpo del pen # asco

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Debido a la naturaleza no lineal de sus leyes gobierno, movimiento fluido induce patrones de flujo complicados. Estos patrones de flujo están influenciados por muchos factores, uno de ellos es el flujo más allá de un obstáculo como un cuerpo del pen # asco. Un cuerpo del pen # asco es un objeto que, debido a su forma, causas separaron flujo sobre la mayor parte de su superficie. Dependiendo de las condiciones de flujo, este flujo puede hacerse inestable, dando lugar a la oscilación de los patrones de flujo en la estela llamada vórtice vertimiento. Este video presenta los fundamentos de la separación del flujo y vórtice vertimiento causada por un cuerpo del pen # asco y demostrar una técnica utilizada para visualizar los patrones de flujo resultante.

En primer lugar, vamos a considerar el caudal uniforme de agua constante con el infinito de la velocidad U llamada la velocidad de flujo libre a un cilindro circular. Separación de la capa límite en la superficie del objeto conduce a la formación de remolinos alrededor del cuerpo que eventualmente separar en la estela. Cuando ocurre la separación periódica, los vórtices generan alternadas zonas de baja presión detrás del cuerpo. Este proceso se llama el vórtice de Von Karman calle. Este patrón de repetición se produce en ciertas gamas del número de Reynolds, un parámetro adimensional definido como el cociente de inercia fuerzas a las fuerzas viscosas. Aquí, nu es la viscosidad cinemática del fluido, V es la velocidad característica o infinito U en este caso, y D es el diámetro del cilindro. Por ejemplo, en la configuración en la siguiente demostración, cuando el número de Reynolds es alrededor de cinco, el flujo exhibe dos vórtices en rotación estables detrás el cilindro. A medida que aumenta el número de Reynolds, estos vórtices alargados en la dirección del flujo. Cuando el número Reynolds llega aproximadamente 37, tras se vuelve inestable y oscila sinusoidal como resultado de un desequilibrio entre la presión y el impulso. La frecuencia en que vórtices son arrojar el cilindro no es constante, sino varía con el valor del número de Reynolds. Esta frecuencia vertimiento se caracteriza por el número de Strouhal, que es otro parámetro adimensional. Strouhal número se define como se muestra en donde f es la frecuencia del vertimiento de vórtice. Análisis experimental de los patrones de flujo utiliza cuatro tipos de líneas de flujo. Una línea de trayectoria es el camino que sigue una partícula de fluido dada que se mueve con el flujo. Una racha es el continuo geométrico de todas las partículas de líquido cuyo movimiento se originó desde la misma ubicación. Un aerodinámico es una línea imaginaria que es instantáneamente y localmente tangente al campo de velocidad. Tenga en cuenta que líneas de trayectoria, racha líneas y líneas aerodinámicas coinciden entre sí bajo condiciones de flujo constante. En el flujo de corriente, esto corresponde a las regiones del flujo aguas arriba del cuerpo del pen # asco o lo suficientemente lejos de la influencia de su estela. Por otra parte, líneas de trayectoria, racha líneas y líneas aerodinámicas difieren entre sí en condiciones de flujo transitorio. En el flujo de corriente, corresponde básicamente a raíz del cuerpo del pen # asco. Finalmente, líneas de tiempo son el locus continuado de partículas de fluido que se publicaron al flujo al mismo instante en el tiempo. En el siguiente experimento, utilizaremos una hoja continua de burbujas de hidrógeno pequeños para analizar los patrones de flujo usando líneas de líneas de tiempo y raya. Ahora, echemos un vistazo a cómo configurar el experimento de flujo.

En primer lugar, Monte el equipo según el esquema eléctrico que se muestra. Fijar el electrodo positivo en el agua en el extremo aguas abajo de la sección de prueba. A continuación, fijar el electrodo negativo contra la corriente. Esto debe ser cerca del punto de donde salen las burbujas en la corriente antes de que el flujo llegue al objeto de estudio. Gire en la facilidad de flujo. Luego ajuste el control del regulador de frecuencia a posición dos para establecer una velocidad media de 0,04 metros por segundo. Esta velocidad corresponde a un caudal de aproximadamente 50 al menos metros en quinto por segundo. Ahora encienda la fuente de alimentación y aumentar el voltaje a aproximadamente 25 voltios con las actuales alrededor 190 miliamperios. En un generador de señal, ajustar la salida en una onda cuadrada con un cero voltios a 5 voltios señal cuadrada que cierra el circuito en su posición alta y lo abre en la posición baja. Maximizar el DC offset a 5 volts para que el circuito está siempre cerrado y el sistema genera las burbujas continuamente. Para producir líneas de tiempo, cambiar el offset de DC en el generador de señal a un voltio. Luego ajuste la frecuencia de la onda cuadrada a 10 Hertz. Líneas de tiempo se producirán en el flujo. Continuación, establecer la simetría de la onda cuadrada a menos dos para aumentar el espacio entre líneas de tiempo.

Primero mida el diámetro de la varilla utilizando una pinza en unidades SI. Fijar la varilla cilíndrica aguas abajo del electrodo negativo. Arrojar luz de alta intensidad sobre la capa de burbujas de hidrógeno, asegurándose de que la luz no está directamente detrás de la línea de vista para evitar una saturación del sistema de proyección de imagen. Alinear el sistema de visualización con la barra de modo que sólo la punta circular frente a la cámara. Añadir que una marca en la ventana de visualización y aguas abajo de la barra para usarlo como punto de referencia para contar vortex arrojar ciclos.

Primero mida el ancho de la sombra de la varilla en la hoja de la burbuja. Tome la medida derecha en la barra para evitar la distorsión con la distancia. Utilizar el diámetro de la varilla para determinar el factor de conversión de unidades de la máquina a las unidades del mundo real. A continuación, seleccione un grupo de líneas casi sin distorsión de tiempo lejos del cuerpo del pen # asco y la influencia de su estela. Medir la distancia L entre la primera y la última línea de tiempo en unidades de la máquina. Contar el número de líneas de tiempo en el grupo y anota la frecuencia de la onda cuadrada. Determinar la velocidad del flujo que se acerca de la siguiente ecuación. Ahora la viscosidad cinemática del agua, calcular el número de Reynolds. A continuación, determinar el número de Strouhal observando los vórtices en la estela de la varilla. Tenga en cuenta que los vórtices se mueven a una velocidad diferente en comparación con las líneas de tiempo en la corriente libre. Utilizando la cadena fija como referencia, contar el número de ciclos, NS, cruzar el punto de referencia durante un período definido de tiempo del vertimiento de vórtice. Calcular la frecuencia del vertimiento. Utilizar los resultados para calcular el número de Strouhal.

Ahora que hemos pasado sobre el procedimiento y el análisis, vamos a echar un vistazo a los resultados. La validez del resultado puede ser determinada mediante una relación entre el número de Reynolds y el número de Strouhal. Los coeficientes St * y m dependen de la gama del número de Reynolds y pueden encontrarse en la literatura. En este ejemplo el número de Reynolds es 115. Así, los valores de St * y m pueden utilizarse para calcular el número de Strouhal. El valor calculado para el número de Strouhal es 0.172, que se corresponde bien con el valor medido de 0.169. Cuando este experimento se realizó con diversos parámetros de funcionamiento, los cálculos de los números de Reynolds y Strouhal correlacionan a la relación matemática entre los dos números. Esto muestra cómo el método de la burbuja puede utilizarse para entender los patrones de flujo alrededor de un cuerpo del pen # asco.

Entender los patrones de flujo es esencial para el diseño y operación de muchos tipos de aplicaciones de ingeniería. Pilares de puentes y petrolíferas están diseñados para soportar las turbulencias causadas por el flujo actual más allá de la estructura. Sabiendo el vórtice vertimiento las frecuencias en el que se expondrá una estructura dada es crítico para su diseño. En ese sentido, ingenieros tienen que asegurarse de que la frecuencia natural de la estructura no sea tal que resonará con el vórtice vertimiento frecuencia porque esto conducirá inevitablemente a una falla catastrófica de la estructura. También es esencial para estudiar el flujo de fluido alrededor de un objeto aerodinámico como una lámina de aire o casco de la nave. Haciendo uso de líneas de flujo, los ingenieros pueden determinar parámetros como el ángulo en que un avión se detiene o incluso estiman las características de elevación basadas en la velocidad de flujo.

Sólo has visto video de Zeus en la visualización de líneas de flujo alrededor de un cuerpo del pen # asco. Ahora usted debe entender los conceptos básicos de patrones de flujo de fluidos y el vórtice de Von Karman calle, cómo configurar un experimento para visualizar estos patrones de flujo y cómo estudiar el comportamiento del flujo. Gracias por ver.

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