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Jet que inciden sobre una placa inclinada

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Choque de jet en estructuras sólidas es un proceso ampliamente utilizado en aplicaciones tecnológicas, tales como la trituración en la industria y la energía generación de fuentes hidráulicas. Choque de jet consiste en soltar un líquido a través de una boquilla de una región de alta presión a una región de baja presión y pulso o afectando el chorro sobre una estructura. Durante el proceso del choque, las fuerzas generadas por la interacción entre la presión y la velocidad del campo de flujo se ejercen sobre la superficie del objeto. Por ejemplo, en el caso de un despegue vertical y aterrizaje o avión de VTOL, dos jets combinados producen suficiente elevación para ayudar a los aviones despegar verticalmente sin necesidad de utilizar la pista. Dos jets más pequeños adicionales emitidos a cada lado del avión proporciona estabilidad. Los efectos del choque dependen de dimensiones de jet y velocidad, las características de la superficie de choque y la distancia entre la boquilla y la superficie. Cuando las temperaturas de la superficie y el jet son significativamente diferentes, choque de jet produciría altos niveles de transferencia de calor. Este video ilustra cómo determinar la carga ejercida por un chorro en un objeto y también cómo calcular otros parámetros de interés para el diagnóstico de flujo, tales como velocidad de chorro y caudal de masa.

Antes de profundizar en el protocolo experimental, vamos a estudiar los principios detrás del choque del jet. De un constante flujo incompresible de un fluido con viscosidad cero, la energía cinética y energía potencial de presión pueden transformar a lo largo de las líneas. Mientras que la suma de las dos formas de energía es siempre constante, esto es principio de Bernoulli derivada el principio de conservación de la energía. Según este principio, un aumento en la velocidad y en consecuencia en la energía cinética de un fluido se produce simultáneamente con una disminución de su presión y energía potencial. Como la suma es siempre constante. Esta es la ecuación de Bernoulli. Expresado en las dimensiones de presión, el término asociado con la energía cinética se llama presión dinámica. Mientras que el término asociado a la energía potencial de presión se llama presión estática. La adición de estos dos términos da constante de Bernoulli, también conocida como presión del estancamiento. Presión del estancamiento se define como la presión máxima que alcanzaría el flujo Si detiene transformando toda su presión dinámica en presión estática. Ahora vamos a hablar de la instalación experimental. Un chorro de aire sale de una cámara de alta presión a través de una rendija de anchura W y L a un receptor de baja presión donde el chorro incide sobre una placa inclinada de theta de ángulo. La optimizada intermedia divide el chorro en dos regiones. Desviado hacia arriba y el otro hacia abajo. La divisoria optimizada se detiene justo en la pared en el punto de estancamiento donde la presión dinámica se convierte totalmente en presión estática. En el punto de estancamiento, el perfil de la presión ejercida por el chorro en la placa tiene un valor máximo de p0. Lejos de este punto, el perfil de presión disminuye constantemente desde progresivamente menos presión es convertida en presión estática. El perfil de presión depende del theta del ángulo de choque. Theta es de 90 grados, la línea central es también la línea de estancamiento. Al disminuir el ángulo de choque, la línea aerodinámica del estancamiento se aleja de la línea central del chorro, y en consecuencia, el pico del perfil de presión disminuye y cambia de puesto hacia las regiones de la placa más cerca a la salida del chorro. La presión total sobre la superficie de la placa expuesta para el jet es el resultado de la suma entre la presión de choque y la presión estática dentro del receptor. Ya que la presión dentro del receptor se distribuye homogéneamente, se anula la presión circundante a ambos lados de la placa. En consecuencia, la carga neta en la placa es debido a la sobrepresión y se calcula mediante la integración sobre la distribución de presión de choque en toda el área de la placa. Cuando un fluido se descarga a través de una rendija de una región de alta presión a una región de baja presión, el jet tiende a converger a una zona llamada vena contracta. Este es el primer lugar después de que el chorro sale de su orificio de salida en el que las líneas se convierten en paralelo y por lo tanto la presión estática es igual a la presión del entorno. Apliquemos la ecuación de Bernoulli entre la posición donde el jet sale del pleno y la posición en la vena contracta. Teniendo en cuenta la velocidad en el pleno para ser insignificante, la velocidad del aire en la vena contracta puede calcularse mediante la diferencia de presión entre la cámara y el receptor. Por último, conocer la relación de contracción entre el corte ancho y la vena contracta, el caudal másico puede estimarse usando la velocidad del jet y el área de la vena contracta. En las secciones siguientes, vamos a medir la resultante distribución de presión en la placa y luego calcular la fuerza total integrando el campo de presión sobre el área de la placa.

Antes de comenzar el experimento, ya que abre la puerta al receptor mientras está en funcionamiento es potencialmente peligroso y perjudicial para la instalación, asegúrese de que la instalación no está en uso. Si está abierta la puerta para el receptor, la instalación no esté en uso. Si se cierra la puerta al receptor, mire por la ventana. Si no hay ningún personal interior, la puerta es segura abrir porque la instalación sólo puede iniciarse desde dentro mientras la puerta está cerrada. Para comenzar, establezca los instrumentos según el esquema. Conecte el puerto positivo del transductor de presión a la salida de la válvula de barrido. Asegúrese de que la válvula de análisis está en la posición inicial. Conecte los tubos piezométricos del plato a la válvula análisis en orden subsecuente. Recuerde que iniciar las mediciones en la entrada junto a la salida de la válvula de barrido. Primero, ajuste la placa de la theta de ángulo deseado. En segundo lugar, medir el ancho de boquilla de chorro. En tercer lugar, medir la altura de la placa y la. Cero el transductor de presión y registrar el valor de la constante de calibración. Registrar todos los parámetros básicos del experimento en una tabla de referencia. En primer lugar, abrir el puerto de baja presión para el sentido de la presión en el receptor. Luego, conecte el punto de alta presión del transductor marcado como positivo para la llave de la presión del pleno. A continuación, iniciar la instalación del flujo. Mida la tensión asociada a la diferencia de presión captada por el transductor de presión entre la cámara y el receptor utilizando el multímetro digital. Calcular esta cantidad utilizando la constante de calibración.

Una vez que el instrumento se calibra y se registran los parámetros básicos, estás listo para comenzar la adquisición de datos. En primer lugar, conecte el puerto de alta presión del transductor al puerto común de la válvula de barrido. También la piedra de afilar la válvula análisis para iniciar la medición desde la primera posición del grifo de presión en la placa. Realice atravesar seis en su computadora, el factor de conversión de voltios a la presión de entrada y defina la frecuencia de muestreo 100 hertz y el total de muestras a 500 para obtener cinco segundos de datos. A continuación, introduzca cero en el instrumento virtual para la posición de la primera llave de la presión y luego registrar los datos. El valor en la pantalla es la diferencia de presión entre la llave de la presión y el receptor. Paso la válvula escaneada a la siguiente posición de tap. Introducir la nueva posición en el software sabiendo que la distancia entre dos consecutivos grifos es 25,4 milímetros y registre el nuevo valor de la diferencia de presión. Al final del experimento, el software genera una tabla y un diagrama de la posición del grifo versus la presión. Modificar el caudal variando la posición de la placa de control de flujo para cerrar la zona de flujo aproximadamente a la mitad y repita las mediciones de presión. Repita las mediciones para diferentes caudales y ángulos de inclinación y grabar cada vez los resultados en una tabla. Cuando todos los datos recabados, apague la facilidad de flujo.

Basado en los datos experimentales, se pueden obtener varios parámetros de interés. Mirar la tabla de resultados y para cada tasa de flujo y ángulo de la placa, utilice la diferencia de presión entre la cámara y el receptor para calcular la velocidad del jet en la vena contracta. De la tabla de referencia, tomar los valores para el intervalo L y anchura de la ranura y utilice la velocidad en la vena contracta calculado previamente para estimar la tasa de flujo de masa. Luego mirar la posición versus presión trama generada por atravesar seis y leer el valor máximo de la presión. Introducir el valor en la tabla de resultados. Este valor es una estimación directa de la presión de estancamiento. Ahora, para calcular la fuerza afectada en la placa mediante la integración de la distribución de presión sobre el área de la placa. Para ello, utilizan la diferencia de pressue versus la trama de la posición y calcular el área bajo la curva con la regla la regla del trapecio o de los Simpson. Introducir el valor en la tabla de resultados.

Comience trazando sobre el mismo gráfico cuatro conjuntos de resultados obtenidos para el choque del avión jet en un plato en dos ángulos diferentes y dos caudales diferentes. Ahora, comparar los perfiles de presión de los dos ángulos de choque diferentes y el mismo caudal. El perfil de presión a 90 grados es mayor que el de 70 grados. Mientras que el pico para choque de 90 grados se centra, el pico de 70 grados es cambiado de puesto hacia un menor x valor. Estos resultados indican que para un ángulo de 90 grados del choque, la línea aerodinámica del estancamiento corresponde a la línea central del flujo. La línea central se caracteriza por la velocidad máxima y, así, la presión dinámica máxima. A medida que disminuye el ángulo de choque, la línea aerodinámica del estancamiento se aleja de la línea de máxima velocidad y curvas de su trazado original. A continuación, comparar los perfiles de presión para los dos caudales diferentes y el mismo ángulo de choque. La presión máxima disminuye con el caudal porque hay una reducción en la energía cinética y por lo tanto en la energía dinámica como el flujo disminuye la tarifa. Mire la tabla de resultados y comparar los valores calculados para la carga en la placa. El ángulo de choque tiene el efecto de reducir la carga total porque cambia la presión del estancamiento del coincidiendo con la velocidad de la línea central a una optimizada con niveles más bajos de presión dinámica.

Afectar los jets son ampliamente utilizados en muchas aplicaciones industriales y de ingeniería que abarca desde hidráulica y aeronáutica a la electrónica. La interrelación entre presión y velocidad puede utilizarse para el diagnóstico de flujo. Una sonda pitot-estática o Prandtl está compuesto por dos tubos concéntricos. El tubo interno se enfrenta al flujo para detectar la presión del estancamiento. Mientras que el tubo exterior tiene un conjunto de puertos que detecta la presión estática. La diferencia de presión es detectada con un sensor integrado, y este valor se utiliza para estimar la velocidad. Este dispositivo se utiliza ampliamente en Ingeniería flúida. Por ejemplo, determinar la velocidad del viento en relación con el avión. Materiales blandos como los plásticos y la madera se pueden cortar con chorro fino de agua a alta velocidad. Mientras que los metales se pueden cortar con agua a la adición de partículas abrasivas a la corriente. Para generar un chorro de alta velocidad para fines de corte, es necesario imponer a alta presión en el flujo para poder acelerar a través de una tobera convergente. La alta energía cinética por el jet se convierte en presión dinámica en la superficie del objeto corte, ejerciendo una fuerza lo suficientemente fuerte para remover el material en la superficie de afectar.

Sólo ha visto introducción de Zeus a choque de Jet en una placa inclinada. Ahora debe comprender cómo la interacción entre la presión y velocidad genera fuerzas sobre las estructuras y poder calcular las fuerzas de choque, velocidades de flujo y las tasas de flujo de masa. Gracias por ver.

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