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Jet empiétant sur une plaque inclinée

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Impingement jet sur des structures solides est un procédé largement utilisé dans des applications technologiques, comme la coupe de matériaux dans l’industrie manufacturière et de l’énergie génération de sources hydrauliques. Impingement jet se compose de libérer un fluide à travers une buse d’une région à haute pression à une zone de basse pression et de substitution ou d’empiétant le jet sur une structure. Au cours du processus d’impact, les forces générées par l’interaction entre la pression et la vitesse du champ débit sont exercent sur la surface de l’objet. Par exemple, dans le cas d’un décollage vertical et atterrissage ou avion VTOL, deux jets combinés produisent assez de portance pour aider l’avion décoller verticalement sans utiliser la piste. Deux jets de petits supplémentaires émis sur chaque côté de l’avion assure la stabilité. Les effets d’impact dépendent des dimensions du jet et la vitesse, les caractéristiques de la surface de contact et la distance entre la buse et la surface. Lorsque les températures de la surface et le jet sont sensiblement différentes, impingement jet produirait des niveaux élevés de transfert de chaleur. Cette vidéo illustre comment déterminer la charge exercée par un jet sur un objet et comment calculer les autres paramètres d’intérêt pour le diagnostic de flux, tels que la vitesse de réaction et le débit massique.

Avant de plonger dans le protocole expérimental, nous allons étudier les principes qui sous-tendent l’impingement de jet. Pour un flux constant d’incompressible d’un fluide avec une viscosité nulle, l’énergie cinétique et énergie potentielle de pression sont libres de transformer les uns des autres le long des lignes de courant. Alors que la somme des deux formes d’énergie est toujours constante, c’est le principe de Bernoulli découlant du principe de Conservation de l’énergie. Selon ce principe, une augmentation de vitesse et par conséquent l’énergie cinétique d’un fluide se produit simultanément avec une diminution de sa pression et l’énergie potentielle. Tels que leur somme est toujours constante. Il s’agit d’équation de Bernoulli. Exprimé en dimensions de pression, le terme associé à l’énergie cinétique est appelé pression dynamique. Tandis que le terme associé à l’énergie potentielle de pression, est appelée pression statique. L’ajout de ces deux termes donne la constante de Bernoulli, également connu sous le nom des pression de stagnation. Pression de stagnation est définie comme la pression maximale que le flux atteindrait si apporté à une halte en transformant tous ses pression dynamique en pression statique. Maintenant nous allons parler du montage expérimental. Un jet d’air quitte un plénum à haute pression à travers une fente de largeur W et de la durée de L à un récepteur de basse pression où le jet empiète sur une plaque inclinée de thêta d’angle. L’intermédiaire streamline divise le jet dans deux régions. Celui a dévié vers le haut et l’autre vers le bas. La démarcation simplifiée s’arrête juste devant le mur au point de stagnation où la pression dynamique est transformée totalement en pression statique. Au point de stagnation, le profil de la pression exercée par le jet sur la plaque a une valeur maximale de p0. Tandis que loin de ce point, le profil de pression diminue régulièrement depuis pression progressivement moins dynamique convertie en pression statique. Le profil de pression dépend de la theta angle d’impingement. Lorsque theta est 90 degrés, l’axe est aussi la ligne de stagnation. En diminuant l’angle d’incidence, le streamline de stagnation s’éloigne de l’axe du jet, et par conséquent, le pic du profil pression devient plus petit et s’oriente vers les régions de plus près, la plaque à la sortie du jet. La pression totale sur la surface de la plaque exposée au jet est le résultat de l’addition entre la pression de contact et la pression statique à l’intérieur du récepteur. Étant donné que la pression à l’intérieur du récepteur est distribuée de façon homogène, la pression environnante exercée des deux côtés de la plaque annule. En conséquence, la charge nette sur la plaque est due à la surpression et elle est calculée en intégrant sur la distribution de pression impingement dans l’ensemble de la zone de la plaque. Quand un fluide est déchargé par une fente d’une région à haute pression à une zone de basse pression, le jet a tendance à converger vers une zone appelée vena contracta. Après le jet sort de son orifice de décharge dans lequel les lignes de courant deviennent parallèles et par conséquent la pression statique est égale à la pression de l’environnement, c’est le premier emplacement. Appliquons l’équation de Bernoulli entre la position où le jet sort de la chambre de tranquillisation et la position à la vena contracta. Compte tenu de la vitesse à l’intérieur du plénum négligeable, la vitesse à la vena contracta peut être calculée en utilisant la différence de pression entre le plenum et le récepteur. Enfin, connaissant le taux de contraction entre la contracta fente de largeur et de la veine, le débit massique peut être estimé à l’aide de la vitesse de réaction et la zone de la vena contracta. Dans les sections suivantes, nous mesurer la répartition de la pression qui en résulte sur la plaque et ensuite calculer la force totale en intégrant le champ de pression sur la zone de la plaque.

Avant de commencer l’expérience, ouvrant la porte au récepteur durant l’opération étant potentiellement dangereux et nuisible à l’installation, assurez-vous que l’installation n’est pas en cours d’utilisation. Si la porte du récepteur est ouverte, l’installation n’est pas en cours d’utilisation. Fermeture de la porte vers le récepteur, regardez par la fenêtre. S’il n’y a pas de personnel à l’intérieur, la porte est sûre d’ouvrir car l’installation seulement peut être démarrée à partir à l’intérieur alors que la porte est fermée. Pour commencer, définie les instruments selon le schéma. Connectez le port positif du transducteur de pression à la sortie de la valve de balayage. Assurez-vous que le balayage est en position initiale. Raccorder les tuyaux piézométriques de la plaque à la valve de balayage dans ordonnance ultérieure. N’oubliez pas de commencer les mesures à l’entrée à côté de la sortie de la valve de balayage. Tout d’abord, réglez la plaque à la theta angle souhaité. Ensuite, mesurez la largeur de buse jet. En troisième lieu, de mesurer la portée et la hauteur de la plaque. Zéro du capteur de pression et relever la valeur de la constante d’étalonnage. Enregistre tous les paramètres de base de l’expérience dans une table de référence. Tout d’abord, ouvrez le port à basse pression pour sentir la pression dans le récepteur. Raccordez ensuite le point à haute pression de la sonde marquée comme positif à la prise de pression du plénum. Ensuite, commencez l’installation de flux. Mesurer la tension associée à la différence de pression détectée par le capteur de pression entre le plenum et le récepteur à l’aide d’un multimètre numérique. Calculer cette quantité à l’aide de la constante d’étalonnage.

Une fois que l’appareil est étalonné et les paramètres fondamentaux sont enregistrés, vous êtes prêt à commencer l’acquisition de données. Tout d’abord, connectez le port à haute pression du transducteur à l’orifice commun de la valve de balayage. Aussi parfaire la valve de balayage pour démarrer votre mesure depuis la première position de robinet de pression sur la plaque. Exécutez Traverse six sur votre ordinateur, le facteur de conversion d’une tension à la pression d’entrée et définissez la fréquence d’échantillonnage à 100 hertz et le total des échantillons à 500 pour obtenir cinq secondes de données. Ensuite, entrez zéro dans l’instrument virtuel pour la position de la première prise de pression et puis enregistrer les données. La valeur à l’écran est la différence de pression entre la prise de pression et le récepteur. L’étape de la valve de balayage vers la position suivante de robinet. Introduire la nouvelle position du logiciel, sachant que la distance entre deux clics consécutifs est de 25,4 millimètres et enregistrez la nouvelle valeur de la différence de pression. À la fin de l’expérience, le logiciel génère une table et un terrain de la position de prises par rapport à la pression. Modifier la vitesse d’écoulement en changeant la position de la plaque de contrôle de flux pour fermer la zone de circulation à peu près de moitié et de répéter les mesures de pression. Répéter les mesures des débits différents angles d’inclinaison et enregistre chaque fois vos résultats dans une table. Lorsque toutes les données ont été collectées, éteignez la facilité de circulation.

D’après les données expérimentales, plusieurs paramètres d’intérêt peuvent être obtenues. Regarder le tableau des résultats et pour chaque taux plaque d’angle et le débit, la différence de pression entre le plenum et le récepteur permet de calculer la vitesse de réaction à la vena contracta. De la table de référence, prendre les valeurs pour la durée de L et largeur de la fente et utilisez la vitesse à la vena contracta calculée précédemment pour estimer le débit massique. Ensuite, regardez la position contre le complot de pression généré par Traverse six et lire la valeur maximale de la pression. Introduire la valeur dans le tableau de résultats. Cette valeur est une estimation directe de la pression de stagnation. Maintenant, calculer la force empiétée sur la plaque en intégrant la distribution de la pression sur la zone de la plaque. Pour ce faire, utiliser la différence de pression et parcelle de position et calculer l’aire sous la courbe avec la règle de la règle du trapèze ou de Simpson. Introduire la valeur dans le tableau de résultats.

Commencez par tracer sur le même graphe quatre ensembles de résultats obtenus pour l’impingement avion jet sur une plaque à deux angles différents et deux débits différents. Maintenant, comparer les profils de pression pour les deux angles d’incidence différents et le même débit. Le profil de pression à 90 degrés est plus élevé que celui de 70 degrés. Tandis que le pic d’impingement de 90 degrés est centrée, le pic de 70 degrés est déplacé vers une plus faible valeur x. Ces résultats vous indiquent que, pour un angle de 90 degrés impingement, le streamline de stagnation correspond à l’axe de l’écoulement. L’axe central est caractérisé par la vitesse de pointe et, donc, par la pression dynamique maximale. À mesure que l’angle d’incidence diminue, le streamline de stagnation s’éloigne de la ligne de vitesse de pointe et se penche loin de son tracé d’origine. Ensuite, comparer les profils de pression pour les deux débits différents et le même angle d’incidence. La pression maximale diminue avec la vitesse d’écoulement, parce qu’il y a une réduction de l’énergie cinétique et donc l’énergie dynamique comme l’écoulement des réductions tarifaires. Regardez le tableau de résultats et de comparer les valeurs calculées pour la charge sur la plaque. L’angle d’impact a pour effet de réduire la charge totale parce qu’il repousse la pression de la stagnation de celle qui coïncide avec la vitesse d’axe à une streamline transportant des niveaux inférieurs de la pression dynamique.

Incidente jets sont largement utilisés dans de nombreuses applications industrielles et d’ingénierie qui s’étend de l’hydraulique et de l’aéronautique à l’électronique. L’interaction entre la pression et la vitesse peut être utilisée pour le diagnostic de l’écoulement. Un Prandtl ou la sonde pitot-statique est composé de deux tubes concentriques. Le tube intérieur est confrontée à l’écoulement pour détecter la pression de stagnation. Alors que le tube extérieur possède un ensemble de ports secondaires qui détectent la pression statique. La différence de pression est détectée par un capteur intégré, et cette valeur est utilisée pour estimer la vitesse. Ce dispositif est intensivement employé dans l’ingénierie fluide. Pour déterminer par exemple, la vitesse du vent par rapport à l’avion. Matériaux tendres comme le bois et les plastiques peuvent être coupés avec un mince jet d’eau à haute vitesse. Tandis que les métaux peuvent être coupés avec de l’eau sur l’ajout de particules abrasives dans le flux. Pour générer un jet à haute vitesse à des fins de coupe, il est nécessaire d’imposer une pression élevée dans le flux pour pouvoir accélérer à travers une tuyère convergente. L’énergie cinétique élevée par le jet est ensuite converti en pression dynamique à la surface de l’objet en cours, couper, exerçant une force suffisante pour enlever la matière à la surface incidente.

Vous avez juste regardé Introduction de Jove à l’incidence de Jet sur un plateau incliné. Vous devriez maintenant comprendre comment l’interaction entre pression et vitesse génère des forces sur les structures et être en mesure de calculer les forces impingement, les vitesses d’écoulement et les débits massiques. Merci de regarder.

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