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Auftreffen auf einer geneigten Platte Jet

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Jet-Auftreffen auf feste Strukturen ist ein weit verbreitetes Verfahren in technologischen Anwendungen, wie Material schneiden in der herstellenden Industrie und Energie-Generation von hydraulischen Quellen. Jet-Impingement besteht aus Freigabe einer Flüssigkeit durch eine Düse aus einer Hochdruck-Region um einen Niederdruckbereich und auffällig oder Auftreffen des Jets auf eine Struktur. Während des Prozesses des Impingement sind Kräfte, die durch das Zusammenspiel zwischen Druck und Geschwindigkeit des Strömungsfeldes erzeugt auf der Objektoberfläche ausgeübt. Zum Beispiel bei einem vertikalen Start und Landung oder Senkrechtstarter produzieren zwei Jets kombiniert genug Auftrieb, um das Flugzeug senkrecht abheben ohne Verwendung der Start-und Landebahn zu helfen. Zwei weitere kleinere Jets ausgestellt auf jeder Seite des Flugzeugs sorgt für Stabilität. Die Auswirkungen des Impingement je nach der Jet-Abmessungen und -Geschwindigkeit, die Eigenschaften der Oberfläche auftreffen und der Abstand zwischen Düse und Oberfläche. Wenn die Temperaturen an der Oberfläche und der Jet erheblich unterschiedlich sind, würde Jet Impingement hohe Wärmeübertragung produzieren. Dieses Video wird zeigen, wie die Belastung durch einen Strahl auf ein Objekt zu bestimmen und auch andere Parameter von Interesse für Fluss-Diagnose, wie Jet Velocity und Massenstrom berechnen.

Vor dem Eintauchen in das experimentelle Protokoll, wir studieren die Prinzipien hinter Jet Impingement. Für einen stetigen inkompressiblen Fluss einer Flüssigkeit mit Null Viskosität sind die kinetische Energie und Druck potentielle Energie frei, einander entlang der Stromlinien verwandeln. Während die Summe der zwei Formen von Energie immer konstant ist, ist das Bernoulli Prinzip, das Prinzip der Energieerhaltung abgeleitet. Nach diesem Prinzip tritt eine Erhöhung der Geschwindigkeit und in der Folge in die kinetische Energie eines Fluids zeitgleich mit einem Rückgang der Druck und die potentielle Energie. Wie ist ihre Summe immer konstant. Dies ist die Bernoulli Gleichung. In Dimensionen des Drucks ausgedrückt, wird der Begriff verbunden mit kinetischer Energie Staudruck genannt. Während der Begriff der Druck potentielle Energie zugeordnet ist statischer Druck genannt. Der Zusatz dieser beiden Begriffe gibt die Bernoulli Konstante, auch bekannt als Ruhedruck. Totaldruck ist definiert als der maximale Druck, die der Fluss erreichen würde, wenn zum Stillstand gebracht, durch die Umwandlung aller seiner Staudruck in statischen Druck. Jetzt reden wir über den Versuchsaufbau. Ein Luftstrahl verläßt ein Hochdruck-Plenum durch einen Spalt der Breite W und Spannweite L zu einem niedrigeren Druck Empfänger wo der Jet auf einer geneigten Platte Winkel Theta auftrifft. Fortgeschrittene Streamline teilt sich der Strahl in zwei Regionen. Ein nach oben umgelenkt und die andere nach unten. Trennende Streamline hält direkt vor der Wand in der Staupunkt, wo der dynamische Druck vollständig in statischen Druck umgewandelt wird. Der Staupunkt hat das Profil des Drucks durch den Jet auf der Platte einen maximalen Wert p0. Während weg von diesem Punkt verringert das Druckprofil stetig da zunehmend weniger Staudruck in statischen Druck umgewandelt wird. Das Druckprofil hängt das Impingement Winkel Theta. Wenn Theta 90 Grad ist, ist die Mittellinie auch die Stagnation. Durch eine Verringerung des Impingement-Winkels, Stagnation Streamline bewegt sich weg von der Mittellinie des Jets, und in der Folge der Gipfel das Druckprofil wird kleiner und Regionen der Platte näher rückt, bis zum Jet-Ausgang. Der Gesamtdruck auf der Oberfläche der Platte bis zum Jet ausgesetzt ist das Ergebnis der Addition zwischen dem Impingement-Druck und der statische Druck im Inneren des Empfängers. Da der Druck im Inneren des Empfängers homogen verteilt ist, hebt der umgebende Druck auf beiden Seiten der Platte. In der Folge die Nutzlast auf der Platte ist durch den Überdruck und es ergibt sich durch Integration über die Impingement Druckverteilung über den Bereich der Platte. Wenn eine Flüssigkeit durch einen Schlitz aus einer Hochdruck-Region um einen Niederdruckbereich entladen ist, ist der Jet tendenziell zu einem Gebiet namens Vena Contracta konvergieren. Dies ist der erste Ort nach der Jet verlässt seine Entlastung Port in der Stromlinien parallel werden und folglich ist der statische Druck den Druck der Umgebung gleich. Wenden Sie die Bernoulli Gleichung zwischen der Position, wo der Strahl aus dem Plenum beendet, und die Position, an der Vena Contracta. In Anbetracht der Geschwindigkeit in das Plenum zu vernachlässigen ist kann die Geschwindigkeit an der Vena Contracta mit der Druckdifferenz zwischen dem Plenum und dem Empfänger berechnet werden. Schließlich werden wissen die Kontraktion Verhältnis zwischen den Schlitz Breite und Vena Contracta, der Massenstrom abgeschätzt mit dem Jet-Geschwindigkeit und die Vena Contracta. In den folgenden Abschnitten wir messen die resultierende Druckverteilung auf dem Teller und dann berechnen die Gesamtkraft durch die Integration der Druckfeld auf die Platte Fläche.

Stellen Sie bevor Sie beginnen das Experiment, da öffnen der Tür an den Empfänger während des Betriebs potentiell gefährlich und schädlich für die Anlage ist sicher, dass die Anlage nicht in Betrieb ist. Wenn die Tür an den Empfänger geöffnet ist, wird die Anlage nicht verwendet. Bei geschlossener Tür an den Empfänger durch das Fenster schauen. Gibt es kein Personal im Inneren, ist die Tür zu öffnen, weil die Anlage nur aus gestartet werden kann sicher im Inneren, während die Tür geschlossen ist. Um zu beginnen, setzen die Instrumente nach dem Schaltplan. Der positive Anschluss der Drucksensor an den Ausgang des Scan Ventils anschließen. Sicherstellen Sie, dass das Scan-Ventil auf die home-Position ist. Die piezometrischen Schläuche der Platte zum Scan Ventil in der nachfolgenden Reihenfolge anschließen. Denken Sie daran, die Messungen an der Aufnahme neben den Ausgang des Ventils Scan zu starten. Stellen Sie zuerst die Platte, um den gewünschten Winkel Theta. Zweitens die Jet-Düse-Breite zu messen. Drittens: Messen der Spannweite und Höhe der Platte. Null der Drucksensor und notieren Sie den Wert für die Kalibrierung Konstante. Notieren Sie die grundlegenden Parameter des Experiments in einer Referenztabelle. Öffnen Sie zunächst den Niederdruck Hafen um den Druck im Empfänger zu spüren. Schließen Sie dann den Hochdruck Punkt des Wandlers gekennzeichnet als positiv zu den Druckmessstutzen des Plenums. Als nächstes beginnen Sie die Fluss-Anlage. Messen Sie die Spannung der Druckdifferenz vom Druckaufnehmer zwischen Plenum und die digital-Multimeter mit Empfänger zugeordnet. Berechnen Sie diese Menge mit der Kalibrierung konstant.

Sobald das Gerät kalibriert und die grundlegenden Parameter erfasst, sind Sie bereit um die Datenerfassung zu starten. Zunächst verbinden Sie den Hochdruck-Port des Wandlers an den gemeinsamen Anschluss des Ventils Scan. Auch schärfen Sie das Scan Ventil um Ihre Messung aus der ersten Druck-Tap-Position auf der Platte zu starten. Führen Sie Traverse 6 auf Ihrem Computer aus, geben Sie den Umrechnungsfaktor von Volt, Druck und legen Sie die Sampling-Rate auf 100 Hertz und die Summe der Proben bis 500 um fünf Sekunden an Daten zu erhalten. Als nächstes geben Sie eine Null in das virtuelle Instrument für die Position des ersten Druckmessstutzen und notieren Sie die Daten. Der Wert auf dem Bildschirm ist die Druckdifferenz zwischen den Druckmessstutzen und dem Empfänger. Der Scan Ventil Schritt auf die nächste Position tippen. Stellen Sie die neue Position in der Software zu wissen, dass der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Armaturen 25,4 Millimeter und nehmen Sie den neuen Wert der Druckdifferenz. Am Ende des Experiments erzeugt die Software ein Tisch und ein Grundstück von der Tap-Position gegen den Druck. Ändern Sie die Durchflussmenge durch Veränderung der Position der Fluss Steuerplatte in unmittelbarer Nähe der Strömungsquerschnitt rund die Hälfte und wiederholen die Druckmessungen. Wiederholen Sie die Messungen für verschiedene Durchflussmengen und Neigungswinkeln und zeichnen Sie jedes Mal Ihre Ergebnisse in einer Tabelle. Wenn alle Daten gesammelt worden, die Flow-Anlage ausgeschaltet.

Basierend auf den experimentellen Daten, können mehrere Parameter von Interesse erhalten werden. Schau die Ergebnistabelle und für jede Platte Winkel und Flow Rate, die Druckdifferenz zwischen Plenum und Empfänger verwenden, um die Jet-Geschwindigkeit an der Vena Contracta berechnen. Nehmen Sie aus der Verweistabelle die Werte für die Spanne L und der Spaltbreite und verwenden Sie die Geschwindigkeit an der Vena Contracta zuvor berechnet, der Massenstrom schätzen. Dann schauen Sie sich die Position gegenüber Druck Plot durch Traverse 6 erzeugt und lesen Sie den Spitzenwert des Drucks zu. Stellen Sie den Wert in der Ergebnistabelle. Dieser Wert ist eine direkte Schätzung der Ruhedruck. Berechnen Sie jetzt, die Kraft, die durch die Integration der Druckverteilung über die Fläche der Platte auf dem Teller ausgewirkt. Um dies zu tun, verwenden Sie den Rückenbereich Unterschied im Vergleich zu Positionsdiagramm und berechnen Sie die Fläche unter der Kurve mit der Trapez-Regel oder Simpson Regel. Stellen Sie den Wert in der Ergebnistabelle.

Zunächst Plotten im selben Diagramm vier Sätze der Ergebnisse für das Flugzeug Jet Auftreffen auf einem Teller in zwei verschiedenen Winkeln und zwei unterschiedliche Durchflussmengen. Vergleichen Sie nun die Druckprofile für die beiden verschiedenen Impingement-Winkel und der gleichen Durchflussmenge. Der Druckverlauf im 90 Grad Winkel ist höher als die für 70 Grad. Während dem Höhepunkt für 90-Grad-Impingement zentriert ist, der Gipfel für 70 Grad verschiebt sich in Richtung einer niedrigeren x-Wert. Diese Ergebnisse sagen, dass für einen Winkel von 90 Grad Auftreffen, Stagnation Streamline Fluss Mittellinie entspricht. Die Mittellinie zeichnet sich durch die Peak-Geschwindigkeit und damit von der maximalen Staudruck. Da der Impingement-Winkel abnimmt, Stagnation Streamline bewegt sich weg von der Spitze-Geschwindigkeit-Linie und beugt sich vom ursprünglichen Speicherort. Vergleichen Sie als nächstes die Druckprofile für die zwei unterschiedlichen Durchflussmengen und dem gleichen Winkel auftreffen. Der maximale Druck sinkt mit der Durchflussmenge weil gibt es eine Verringerung der kinetischen Energie und daher in der dynamischen Energie als der Flow Rate verringert. Blick auf die Ergebnistabelle und vergleichen Sie die Werte für die Ladung auf der Platte berechnet. Der Impingement Winkel wirkt sich die Gesamtbelastung zu reduzieren, da es der Ruhedruck von einem zeitgleich mit der Mittellinie Geschwindigkeit an einem Streamline mit geringeren Staudruck verlagert.

Auftreffenden Strahlen sind weit verbreitet in vielen industriellen und technischen Anwendungen – von Hydraulik und Luft-und Raumfahrt bis hin zu Elektronik. Das Zusammenspiel von Druck und Geschwindigkeit kann für Flow-Diagnose verwendet werden. Ein Prandtl oder Pitot-Statik-Sonde besteht aus zwei konzentrischen Rohren. Das innere Rohr sieht sich die Strömung um den Ruhedruck zu erkennen. Während die äußere Röhre einen Satz von Seite-Häfen, die den statischen Druck zu spüren hat. Die Druckdifferenz wird mit einem integrierten Sensor erkannt, und dieser Wert wird verwendet, um die Geschwindigkeit zu schätzen. Dieses Gerät ist ausgiebig in Fluidtechnik verwendet. Um beispielsweise die Geschwindigkeit des Windes im Verhältnis zu dem Flugzeug festzustellen. Weiche Materialien wie Kunststoff und Holz können mit einem dünnen Wasserstrahl mit hoher Geschwindigkeit geschnitten werden. Während Metalle mit Wasser auf den Stream abrasive Partikel hinzufügen geschnitten werden können. Um ein High-Speed-Jet zum Schneiden Zwecke zu generieren, ist es notwendig, hohen Druck in den Fluss, es durch eine konvergente Düse beschleunigen zu können. Der hohen kinetischen Energie von der Jet durchgeführt wird dann in dynamischen Druck an der Oberfläche des Objekts umgewandelt, schneiden, ausüben einer Kraft stark genug, um Material an der auftreffenden Oberfläche zu entfernen.

Sie habe nur Jupiters Einführung in Jet Auftreffen auf eine geneigte Platte beobachtet. Jetzt sollten Sie verstehen, wie das Zusammenspiel zwischen Druck und Geschwindigkeit Kräfte auf die Strukturen erzeugt und Impingement Kräfte, Strömungsgeschwindigkeiten und Massenströme berechnen können. Danke fürs Zuschauen.

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