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制御体積法による平板の衝突力の測定
 

制御体積法による平板の衝突力の測定

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ボリューム方式は、流体工学、構造またはデバイスの空力設計のため広く使用されて強力なツールです。流体を通してオブジェクトに移動すると、力が開発されています。流体の流れによって体の力は、それらのまわりの流れの線形運動量の変化の結果です。風車ブレード、船帆や飛行機の翼を設計するためにエンジニアは、支配的なシステムで読み込まれるか決定できる必要があります。工学アナリストのツールボックスには、詳細な構造計算のための複雑な方法と同様、特定の工学システムの開発の可能性を予測するためのメソッドが含まれています。このビデオでは、さまざまな角度から平板の空力負荷を調べると負荷の見積もり方法と実験室での測定方法を示すボリューム方式を適用する方法を示します。

二次元噴流が傾斜平板に衝突を考えてみましょう。あなたは私たちの前のビデオからこの例に精通しているはずです。今しましょうという名前の架空のによって定義されるコントロール ボリューム構造のまわりの興味の任意のボリュームを取る表面名前付きコントロール ・ サーフェスが閉じられます。コントロール ボリューム分析の背後にある主要な原則は、選択したボリュームの簡略化された自由物体図によって流体の流れにさらされるシステムの複雑な詳細を置き換えることです。システムに作用する力は、圧力や流体せん断による表面力をすることができます。システムに作用する力は、外力、たとえば固体と流体コントロール ボリューム内の重量または電磁界などの体積効果による他の力も可能です。コントロール ・ ボリュームに作用する力の和は等しい率コントロール ・ ボリューム内の線形運動量の変化とコントロール ・ ボリュームの速度を考慮した制御表面を通って直線的運動量の純のフラックスです。これは線形運動量保存則のベクトル方程式です。今すぐみましょう私たちの例に戻ってくるし、前に説明した原則を適用します。まず、コントロール ・ ボリューム構造の周りを描いてみましょう。コントロール ・ ボリュームは、分析を簡略化する方法で、システムに支配的な影響をキャプチャ同時に選ばれなければなりません。ここで勢いがいずれかのポートを介してコントロール ・ ボリュームに流れるとを通じて葉 2 つのポートし、ポートの 3 つに注意してください。運動量保存式は、この構成でどのように書かすることができます?1 つが流体が合理化し、縮みの場所で置かれるポートはパラレル、ジェットの静圧が大気圧と等しい。ポート 2 と 3 が衝突領域から十分にずっとある、同じ条件はこれらのポートに対して有効です。したがって、圧力は制御表面に均一分布は、大気圧に等しい。その結果、コントロール ・ ボリュームに作用する圧力力はゼロです。コントロールのサーフェイスは入口と出口の流れに垂直なので、表面上の流れによるせん断負荷はありません。式の左辺の唯一の言葉は、プレートにジェットによって出る空力荷重の伝達にプレートの反力によって与えられます。ジェットの流れが一定と仮定すると、コントロール ボリュームの内部の運動量の変化はなく、方程式の右辺の最初の項が消えるので。私たちのコントロール ボリュームは空間に固定されている、式を簡素化、衝突する反力制御表面を介して運動量の純フラックスに等しいことを示します。面積ベクトルと速度ベクトル制御画面の特定の構成を配置します。結果、否定的な流入でポート 1 とポート 2 と 3 に outfluxes があります。これらのフラックスの合計は衝突する反力です。ポートの速度がおよそ均一な場合、力の方程式がさらに簡素化します。衝突角度 θ を知ることには、結果の力はプレートにその正常な成分とその接線成分に分解できます。次に、ポート 1 で速度の正常・接線方向の成分を見つける、2 つのポート、それぞれ 3 つのポートします。私たちは力の対応するコンポーネントを取得するために力の同等化にこれらを使用します。プレートの通常の負荷は、立体構造の観点から最も適切です。それは、縮みにプレート スパンとジェットの幅を使用して表すこともできます。コントロール ボリュームの解析と推定されるプレートの通常の負荷の最終的な式が得ジェット出口幅と、縮み、縮みに動圧と収縮の比率を知ること、です。次のセクションでは、空力バランスで傾斜平板に衝突する噴流によって発揮される支配的な力を測定し、コントロール ボリュームの解析に基づく推定値に測定された負荷を比較しています。

実験を開始する前に、施設が実行されていないことを確認します。まず、探触子の正のポートをチャンバーの圧力タップに接続します。圧力トランスデューサーの負のポートは受信機で大気圧を意味する開いたままにしておきます。圧力トランスデューサーをゼロし、キャリブレーション定数の値を記録します。ジェット出口幅を設定し、プレート スパンを測定します。まず、ニュートンにボルトからリフト変換とボルトからニュートンへのドラッグ変換を決定する空力のバランスを調整します。次に、力の空力バランス デバイスのニュートン変換定数にボルトを記録します。今実験のすべての基本的なパラメーターを参照テーブルに記録します。次に、5 秒のデータに対応する 100 ヘルツのレートで 500 サンプルの合計をキャプチャするデータ集録システムを設定します。ボルトをニュートン変換定数データ集録ソフトウェアの適切なフィールドに入力してください。最後に、力のバランスに影響を与えるプレートをマウントし、ゼロにデバイスの出力を調整します。

データ集録を開始、まずプレートの角度を 90 度に設定し、流れ施設の電源を入れます。まず、ボルトで圧力計の読みを記録します。プレナムと大気との間の圧力差を計算するために参照テーブルから校正定数と一緒にこの量を使用します。力のバランスで力を測定する準備が整いました。これを行うには、するには、記録力データをデータ集録システムを使用します。データ集録システムが自動的にボルトで測定を用いた力を決定するのに変換係数を使用します。テーブルに結果を入力します。フロー機能をオフにして、プレートの角度を変更します。次に、フロー機能をオンにし、さまざまな角度の力の測定を繰り返します。結果表にデータを記録します。

角度 θ と水平の実験値と空力バランスで測定した衝突力の垂直成分を用いた平板に及ぼす垂直力を計算します。各角度 θ の計算を繰り返し、結果の表に値を記録します。パラメーター テーブル、プレナムと大気の圧力差の測定値を使用して、プレートの垂直衝突力の理論値を計算します。各角度 θ の計算を繰り返し、結果の表に値を記録します。衝突力の計測値と理論値の不一致を計算します。各角度 θ の計算を繰り返し、結果の表に値を記録します。

衝突角度 θ の関数として空力バランスで直接測定によって与えられるプレートの負荷をプロットすることによって開始します。負荷計算パーセント エラー イプシロンと共にコントロール ボリュームによる理論的な分析を使用して同じグラフ上に置きます。今直接各角度 θ でプレートに加わる各負荷のコントロール ボリュームによる計算値と測定値を比較します。2 つの方法の間の相違は非単調角度 θ と 2% から 12.5% の範囲によって異なります。も小さく、80 度の角度の制御ボリューム方式はプレートで負荷を過小評価。80 度以上の角度のためには、このメソッドは測定荷重よりも高い値を与えた。違いは、コントロール ボリューム解析線形運動量の非粘性非散逸変更を想定していますという事実のために可能性があります。一方、直接測定は、流れの粘性の影響を避けることはできません。

線形運動量保存則のコントロール ボリュームの解析は、構造体またはデバイスの詳細な空力設計を追求する前に与えられた工学システムの開発の可能性を予測する使用されています。ペルトン水車の刃は直線的運動量の最高額をトルクに変換する設計されています。コントロール ボリュームの解析では、ウォーター ジェットの線形運動量の変化を最大限にブレード形状はジェット軌道で 180 度の方向転換を課すようなことを実証しています。実機の構造に対する風の効果を予測するために風や水トンネル内縮小したモデル実験を実施できます。ここでコントロール ボリュームの解析ですとモデルの下流の速度測定上流と共に使用されるプロトタイプの効果的な負荷を判断するために

ゼウスの線形運動量保存則のコントロール ボリューム分析による入門を見てきただけ。今法の基本的な原理と構造物の流力を推定するそれらを適用する方法を理解する必要があります。また、空力バランス力の測定を実行する方法を学んだ。見ていただきありがとうございます。

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