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Détermination des Forces d’impaction sur une assiette plate avec la méthode de contrôle Volume
 

Détermination des Forces d’impaction sur une assiette plate avec la méthode de contrôle Volume

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Méthode volume Control est un outil puissant en ingénierie fluide, largement utilisé pour la conception aérodynamique des structures ou des dispositifs. Force est développée lorsqu’un objet se déplace dans un fluide. Forces exercées sur le corps par un écoulement de fluide sont le résultat de changements dans la dynamique linéaire de l’écoulement autour d’eux. Afin de concevoir une aube de turbine de vent, un bateau de voile ou une aile d’avion, un ingénieur doit être capable de déterminer que l’élément dominant des charges dans un système. La boîte à outils d’un analyste technique contient des méthodes pour prévoir la faisabilité d’un système donné de génie ainsi que des méthodes complexes de calcul de structure détaillée. Cette vidéo illustre comment appliquer la méthode de volume de contrôle pour déterminer la charge aérodynamique sur une plaque plane des angles différents et de démontrer comment les charges peuvent être estimées et mesurées en laboratoire.

Prenons un jet avion empiétant sur une plaque plane inclinée. Vous devez être familiarisé avec cet exemple de notre précédente vidéo. Maintenant nous allons prendre un volume arbitraire d’intérêt autour de la structure nommée volume de contrôle, défini par un imaginaire fermé surface nommée surface de contrôle. Le principe derrière l’analyse du volume de contrôle est de remplacer les détails complexes d’un système exposé à un écoulement de fluide par un diagramme du corps libre simplifiée pour le volume choisi. Les forces agissant sur le système peuvent être des forces de surface en raison de la pression ou induite par le flux de cisaillement. Les forces agissant sur le système peuvent également être forces de corps, par exemple le poids des solides et des fluides contenus dans le volume de contrôle, ou d’autres forces induites par les effets volumétriques tels que les champs électromagnétiques. La somme des forces agissant sur le volume de contrôle est égal au taux de change de l’élan linéaire à l’intérieur du volume de contrôle et les flux nets du moment linéaire à travers la surface de contrôle, qui tient également compte de la vitesse du volume control. Il s’agit de l’équation vectorielle pour la conservation du moment linéaire. Maintenant nous allons revenir à notre exemple et appliquer les principes décrits plus haut. Tout d’abord, nous allons dessiner le volume de contrôle autour de la structure. Le volume de contrôle doit être choisi de manière à simplifier l’analyse et en même temps que les dominantes effets sur le système de capture. Notez qu’ici l’élan se jette dans le volume de contrôle via le port un et feuilles par deux port et le port de trois. Comment peut-on écrire l’équation de la conservation de l’impulsion pour cette configuration particulière ? Port, l’un est placé à l’emplacement de la vena contracta où le fluide rationalise sont parallèles et la pression statique du jet est égale à la pression atmosphérique. En supposant que les ports 2 et 3 sont situés assez loin de la région d’empiétement, les mêmes conditions sont valables pour ces ports, aussi bien. Ainsi, la pression est répartie de façon homogène sur la surface de contrôle, et elle est égale à la pression atmosphérique. En conséquence, la force nette de pression agissant sur le volume de contrôle est égale à zéro. La surface de contrôle étant perpendiculaire au flux d’entrée et de sortie, il n’y a aucune charge de cisaillement induit par l’écoulement sur la surface. Le seul terme sur le côté gauche de l’équation est donné par la force de réaction de la plaque à la transmission de la charge aérodynamique exercée par le jet sur la plaque. En supposant que le débit du jet est stable, il n’y aucun changement de l’élan à l’intérieur du volume de contrôle et ainsi disparaît le premier terme à droite de l’équation. Puisque notre volume de contrôle est fixe dans l’espace, l’équation simplifie, montrant que la force de réaction à l’incidence égale le flux net d’élan à travers la surface de contrôle. Les vecteurs de vitesse dans notre configuration particulière de la surface de contrôle sont alignés avec les vecteurs de l’espace. En conséquence, il y a un influx négatif à un port et outfluxes dans les ports, deux et trois. La somme de ces flux est la force de réaction à l’incidence. En supposant que la vitesse des ports est approximativement homogène, l’équation de force simplifie davantage. Connaissant le thêta d’angle d’impact, la force résultante peut être décomposée en sa composante normale à la plaque et sa composante tangente. Ensuite, nous trouver les composantes normales et tangentielles des vitesses au port un port deux et port respectivement trois. Nous utilisons ces derniers dans l’équation de la force afin d’obtenir les composants correspondants de la force. La charge normale sur la plaque est la plus pertinente du point de vue structurel. Elle peut également être exprimée à l’aide de l’étendue de la plaque et la largeur du jet à la vena contracta. Connaissant le taux de contraction entre la largeur de sortie du jet et la vena contracta et la pression dynamique à la vena contracta, nous obtenons l’expression finale de la charge normale sur la plaque a estimé avec l’analyse du volume de contrôle. Dans les prochaines sections, nous mesurer les forces dominantes exercées par un jet incident sur une plaque inclinée avec un équilibre aérodynamique et ensuite comparer l’estimation basée sur l’analyse du volume de contrôle de la charge mesurée.

Avant de commencer l’expérience, vérifier que l’installation ne s’exécute pas. Tout d’abord, connectez le port positif du transducteur à la prise de pression du plénum. Laisser le port négatif du transducteur de pression ouverte à sentir la pression atmosphérique dans le récepteur. Zéro du capteur de pression et relever la valeur de la constante d’étalonnage. Définir la largeur de sortie jet et mesurer l’étendue de la plaque. Tout d’abord, calibrer l’équilibre aérodynamique pour déterminer la conversion de la levée d’une tension à Newton et la conversion de glisser d’une tension à Newton. Ensuite, enregistrez la volt aux constantes de conversion de Newton de l’appareil d’équilibre aérodynamique de force. Maintenant enregistrer tous les paramètres de base de l’expérience dans une table de référence. Ensuite, configurez le système d’acquisition de données pour capturer un total de 500 échantillons à un taux de 100 Hertz correspondant à cinq secondes de données. Entrez la volt aux constantes de conversion de Newton dans les champs appropriés du logiciel d’acquisition de données. Enfin, monter la plaque d’impact sur l’équilibre des forces et ajuster les sorties de l’appareil à zéro.

Pour démarrer l’acquisition de données, tout d’abord régler l’angle de la plaque à 90 degrés et rallumez la facilité de circulation. Tout d’abord, enregistrez la lecture du transducteur de pression en volts. Utiliser cette quantité ainsi que la constante d’étalonnage de la table de référence pour le calcul de la différence de pression entre l’atmosphère et plénum. Vous êtes maintenant prêt à mesurer la force avec l’équilibre des forces. Pour ce faire, utilisez le système d’acquisition de données sur la population record. Le système d’acquisition de données utilisera automatiquement les facteurs de conversion pour déterminer la force à l’aide de la mesure en volts. Entrer les résultats dans une table. Éteignez la facilité de circulation et changer l’angle de la plaque. Ensuite, tourner à la facilité de circulation et répéter la mesure de la force pour différents angles. Enregistrer les données dans un tableau de résultats.

Calculer la force normale exercée sur une plaque plane en utilisant la theta angle et les valeurs expérimentales pour l’horizontale et les composantes verticales de la force de l’impact mesuré avec l’équilibre aérodynamique. Répétez le calcul pour chaque theta angle et enregistre les valeurs dans la table de résultats. En utilisant le tableau de paramètres et les valeurs mesurées de la différence de pression entre l’atmosphère et plénum, calculer la valeur théorique de la force normale d’impaction sur la plaque. Répétez le calcul pour chaque theta angle et enregistre les valeurs dans la table de résultats. Calculer le désaccord entre les valeurs mesurées et théoriques de la force de l’impact. Répétez le calcul pour chaque theta angle et enregistre les valeurs dans la table de résultats.

Commencez par tracer la charge sur la plaque donnée par des mesures directes avec un équilibre aérodynamique en fonction de la theta angle d’impingement. Placer sur le même graphique la charge calculée à l’aide de l’analyse théorique avec l’approche du volume contrôle ainsi que de l’epsilon de pourcentage d’erreur. Maintenant comparer les valeurs mesurées directement avec les valeurs calculées avec l’analyse de volume de contrôle pour chaque charge appliquée sur la plaque à chaque theta angle. Les divergences entre les deux méthodes varient non monotone avec le theta angle et comprise entre 2 % et 12,5 %. Pour les angles inférieurs et égales à 80 degrés, la méthode de contrôle volume sous-estimé les charges sur la plaque. Tandis que pour les angles supérieurs à 80 degrés, cette méthode a donné des valeurs plus élevées que les charges mesurées. La différence pourrait être due au fait que l’analyse du volume de contrôle suppose des changements non dissipatifs visqueux dans l’élan linéaire. Alors que les mesures directes ne peuvent éviter l’effet de la viscosité sur le flux.

Analyse du volume de contrôle de la conservation du moment linéaire est largement utilisé pour prévoir la possibilité d’élaborer un système d’ingénierie donné avant de poursuivre une conception aérodynamique détaillée de la structure ou le périphérique. Une lame de Pelton est conçue pour convertir le montant le plus élevé du moment linéaire en couple. Contrôle volume analyse a démontré que la géométrie de la lame qui maximise le changement dans l’élan linéaire de jets d’eau est telle qu’impose un changement de direction de 180 degrés dans la trajectoire du jet. Afin de prédire les effets du vent sur une structure à taille réelle, expériences peuvent être effectuées avec un modèle d’échelle réduite dans les tunnels de vent ou l’eau. Ici, l’analyse du volume de contrôle est utilisé ainsi que de mesures de la vitesse en amont et en aval du modèle afin de déterminer la charge effective du prototype.

Vous avez juste regardé introduction de Jupiter à l’analyse du volume de contrôle de la conservation du moment linéaire. Vous devez maintenant comprendre les principes fondamentaux de la méthode et la façon de les appliquer pour estimer les forces exercées par l’écoulement sur une structure. Vous avez également appris comment effectuer la mesure de la force avec un équilibre aérodynamique. Merci de regarder.

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