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Bestimmung des Impingement Kräfte auf einem flachen Teller mit der Control-Volumen-Methode
 

Bestimmung des Impingement Kräfte auf einem flachen Teller mit der Control-Volumen-Methode

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Control-Volumen-Methode ist ein leistungsfähiges Werkzeug in Fluidtechnik, weitgehend für das aerodynamische Design der Strukturen oder Geräte verwendet. Kraft wird entwickelt, wenn ein Objekt durch eine Flüssigkeit bewegt. Kräfte, die am Körper durch eine Flüssigkeitsströmung sind das Ergebnis von Veränderungen in der Impulssatz der Strömung um sie herum. Um eine Wind-Turbine-Klinge, ein Boot Segel oder einem Flugzeugflügel entwerfen, muss ein Ingenieur feststellen, dass die dominante in einem System lädt. Die technische Analyst-Toolbox enthält Methoden, um vorherzusagen, die Machbarkeit eines bestimmten technischen Systems sowie komplexe Methoden zur Berechnung der detaillierten Struktur zu entwickeln. Dieses Video wird veranschaulichen gelten die Kontrolle-Volumen-Methode um festzustellen, die aerodynamische Belastung auf einem flachen Teller in verschiedenen Winkeln und zeigen, wie Lasten geschätzt und im Labor gemessen werden können.

Betrachten wir einen Flugzeug Jet Auftreffen auf eine geneigte Platte. Sie sollten mit diesem Beispiel aus unserem vorherigen Video vertraut sein. Jetzt lassen Sie uns nehmen Sie eine beliebige Volumen von Interesse rund um die Struktur namens Steuervolumen, definiert durch eine imaginäre Oberfläche benannte Steuerfläche geschlossen. Das Grundprinzip hinter Volumen Analyse soll die komplexen Details eines Systems eine Strömung durch eine vereinfachte freie Körper-Diagramm für das gewählte Volume ausgesetzt zu ersetzen. Auf das System einwirkenden Kräfte können Oberfläche Kräfte durch Druck oder Scherung strömungsinduzierte sein. Auf das System einwirkenden Kräfte können auch Körperkräfte, z. B. das Gewicht von den Feststoffen und Flüssigkeiten im Innern der Lautstärke oder andere Kräfte durch volumetrische Effekte wie elektromagnetische Felder induziert werden. Die Summe der Kräfte auf die Lautstärke entspricht der Rate der Änderung der Impulssatz innerhalb des Volumens der Kontrolle und der net Fluss der Impulssatz durch die Steuerfläche, die welche auch die Geschwindigkeit des Bandes Kontrolle berücksichtigt. Dies ist der Vektor Gleichung für die Erhaltung der Impulssatz. Nun lasst uns wieder zu unserem Beispiel und gelten die Grundsätze wie oben beschrieben. Zunächst zeichnen wir die Lautstärke um die Struktur. Die Lautstärke muss gewählt werden, auf Arten, die die Analyse zu vereinfachen und gleichzeitig das dominierende Auswirkungen auf das System zu erfassen. Beachten Sie, dass hier die Dynamik fließt in das Steuervolumen durch Anschluss einer Blätter durch port zwei und drei zu portieren. Wie kann die Gleichung der Dynamik Erhaltung für diese bestimmte Konfiguration werden geschrieben? Anschluss, den man befindet sich an der Position der Vena Contracta wo das Fluid optimiert sind parallel und der statische Druck des Strahls ist gleich dem Atmosphärendruck. Geht man davon aus, dass zwei und drei Häfen weit genug von der Impingement-Region befinden, gelten die gleichen Bedingungen für diese Ports auch. So, der Druck auf die Steuerfläche homogen verteilt ist und es ist gleich auf den atmosphärischen Druck. In der Folge ist die net auf das Steuervolumen wirkende Druckkraft gleich Null. Da die Steuerfläche senkrecht an den Einlass und Auslass Bewegungen ist, gibt es keine Schubbeanspruchung induziert durch die Strömung an der Oberfläche. Der einzige Begriff auf der linken Seite der Gleichung ist durch die Eingreiftruppe der Platte auf die Übertragung von die aerodynamische Belastung ausgeübt durch den Jet auf dem Teller gegeben. Vorausgesetzt, die Strahlströmung stetig ist, gibt es keine Änderung der Dynamik innerhalb des Volumens der Kontrolle und damit der erste Term auf der rechten Seite der Gleichung verschwindet. Da unsere Lautstärke im Raum fixiert ist, vereinfacht die Gleichung zeigt, dass die Eingreiftruppe Impingement der net Flux Schwung durch die Bedienoberfläche entspricht. Die Geschwindigkeitsvektoren in unserem besonderen Konfiguration der Steuerfläche sind mit den Bereich Vektoren ausgerichtet. In der Folge gibt es ein negativen Zustrom an einen port und outfluxes in den Häfen, zwei und drei. Die Summe dieser Flüsse ist der Eingreiftruppe Impingement. Geht man davon aus, dass die Geschwindigkeit der Häfen rund homogen ist, vereinfacht die Gleichung Kraft weiter. Zu wissen das Impingement Winkel Theta, kann die resultierende Kraft in seine normale auf die Platte und seine tangentiale Komponente zerlegt werden. Als nächstes finden die normalen und tangentialen Komponenten der Geschwindigkeiten am Hafen eine, port zwei und jeweils drei port. Diese in der Kraft-Gleichung verwenden wir, um die entsprechenden Komponenten der Kraft zu bekommen. Die normale Belastung der Platte ist die relevantesten aus struktureller Sicht. Sie können auch mit der Platte Spanne und die Breite des Strahls an der Vena Contracta ausgedrückt werden. Wissen die Kontraktion Verhältnis zwischen die Ausgangsbreite Jet und die Vena Contracta und der dynamische Druck in der Vena Contracta, erhalten wir den endgültigen Ausdruck der normalen Belastung der Platte mit der Steuerelement-Volumen-Analyse geschätzt. In den nächsten Abschnitten werden wir messen die dominierenden Kräfte eines auftreffenden Strahl auf einer geneigten Platte mit einer aerodynamischen Balance und dann vergleichen Sie die gemessene Belastung auf die Schätzung anhand der Kontrolle-Volumen-Analyse.

Überprüfen Sie vor Beginn des Experiments, dass die Anlage nicht ausgeführt wird. Zuerst die positiven Anschluss des Wandlers an den Druckmessstutzen des Plenums anschließen. Offenlassen der negative Anschluss der Drucksensor des atmosphärischen Drucks im Empfänger zu spüren. Null der Drucksensor und notieren Sie den Wert für die Kalibrierung Konstante. Die Ausgangsbreite der Jet Set und Messen Sie die Platte. Zuerst kalibrieren Sie die aerodynamische Balance zur Ermittlung der Aufzug Umwandlung von Volt, Newton und die Drag-Umrechnung von Volt in Newton. Als nächstes zeichnen Sie die Volt bis Newton Konvertierung konstanten Kraft aerodynamische Balance Gerät. Nun erfassen Sie die grundlegenden Parameter des Experiments in einer Referenztabelle. Als Nächstes richten Sie das Datenerfassungssystem, insgesamt 500 Proben mit einer Rate von 100 Hertz entspricht fünf Sekunden an Daten zu erfassen. Geben Sie den Volt zu Newton Konvertierung Konstanten in den relevanten Bereichen der Datenerfassungs-Software. Zu guter Letzt montieren Sie Prallplatte auf der Kräfteausgleich und einstellen Sie des Geräts Ausgänge auf Null.

Um die Datenerfassung zu starten, legen Sie zuerst den Winkel der Platte um 90 Grad und schalten Sie die Strömung Anlage. Erstens erfassen Sie die Lektüre der Drucksensor in Volt. Verwenden Sie diese Menge zusammen mit der Kalibrierung Konstante aus der Referenztabelle zur Berechnung der Druckdifferenz zwischen Plenum und Atmosphäre. Jetzt sind Sie bereit, die Kraft mit der Kräfteausgleich zu messen. Verwenden Sie dazu, das Datenerfassungssystem auf Rekord Force-Daten. Das Datenerfassungssystem wird automatisch die Umrechnungsfaktoren verwenden, um Kraft mit Hilfe der Messungen in Volt zu bestimmen. Geben Sie die Ergebnisse in einer Tabelle. Schalten Sie die Flow-Anlage aus und ändern Sie den Winkel der Platte. Als nächstes schalten Sie die Fluss-Anlage und wiederholen Sie die Kraftmessungen für verschiedene Winkel. Erfassen Sie Daten in einer Ergebnistabelle.

Berechnen Sie die Normalkraft auf einem flachen Teller mithilfe der Winkel Theta und die experimentellen Werte für die horizontale und vertikale Komponenten der Impingement Kraft gemessen mit der aerodynamischen Balance ausgeübt. Wiederholen Sie die Berechnung für jeden Winkel Theta und zeichnen Sie die Werte in der Ergebnistabelle. Verwenden den Parameter-Tabelle und die gemessenen Werte der Druckdifferenz zwischen Plenum und Atmosphäre, berechnen der theoretische Wert der normalen Impingement Kraft auf dem Teller. Wiederholen Sie die Berechnung für jeden Winkel Theta und zeichnen Sie die Werte in der Ergebnistabelle. Die Meinungsverschiedenheit zwischen der gemessenen und theoretischen Werte der Impingement Kraft zu berechnen. Wiederholen Sie die Berechnung für jeden Winkel Theta und zeichnen Sie die Werte in der Ergebnistabelle.

Beginnen Sie, indem die Last auf die Teller gegeben durch direkte Messungen mit einer aerodynamischen Balance als Funktion des Impingement Winkel Theta Plotten. Legen Sie im selben Diagramm die Last mit der theoretischen Analyse mit der Kontrolle Volumen Ansatz zusammen mit der prozentuale Fehler Epsilon berechnet. Vergleichen Sie nun die Messwerte direkt mit den Werten berechnet mit der Kontrolle-Volumen-Analyse für jede Last auf die Platte bei jedem Winkel Theta ausgeübt wird. Die Unterschiede zwischen den beiden Methoden variieren nicht monoton mit dem Winkel Theta und liegen zwischen 2 % und 12,5 %. Für Winkel kleiner als und 80 Grad unterschätzt die Kontrolle-Volumen-Methode die Lasten auf dem Teller. Während für höher als 80 Grad Winkel, gab dieser Methode Werte höher als die gemessenen Lasten. Die Unterschiede könnten sein, da die Volumen Analyse reibungsfreie nicht dissipativen Änderungen im Impulssatz übernimmt. Während die direkte Messungen nicht die Wirkung der Viskosität auf die Strömung vermeiden können.

Kontrolle Volumen Analyse der Erhaltung der Impulssatz ist allgemein verwendet, um die Machbarkeit ein bestimmtes technisches Systems zu entwickeln, bevor er sich ein detaillierte aerodynamisches Design der Struktur oder des Geräts vorherzusagen. Eine Pelton-Klinge soll den höchsten Betrag der Impulssatz in Drehmoment umwandeln. Kontrolle-Volumen-Analyse hat gezeigt, dass die Schneidengeometrie, die die Veränderung der Impulssatz Wasserstrahlen maximiert ist, die eine Änderung der Richtung von 180 Grad in Jet Flugbahn auferlegt. Um die Auswirkungen des Windes auf einer realen Größe abschätzen zu können, können mit einem herunterskalierten Modell im Wind oder Wasser Tunnel Experimente durchgeführt werden. Hier ist die Kontrolle-Volumen-Analyse verwendet zusammen mit Geschwindigkeitsmessungen stromaufwärts und stromabwärts des Modells um die effektive Belastung des Prototyps zu bestimmen.

Sie habe nur Jupiters Einführung in die Steuerung-Volumen-Analyse der Erhaltung der Impulssatz beobachtet. Sie sollten nun die grundlegenden Prinzipien der Methode und wie Sie sie anwenden, um die Kräfte, die durch die Strömung auf eine Struktur zu schätzen verstehen. Sie haben auch gelernt, Kraftmessungen mit eine aerodynamische Balance zu führen. Danke fürs Zuschauen.

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