Mesure des écoulements turbulents

Écoulements turbulents jouent un rôle important dans une grande variété de systèmes machinés et naturelle. En conséquence, il est souvent nécessaire d’effectuer des mesures au sein du système afin de caractériser l’écoulement. Écoulements turbulents présentent des fluctuations de très haute fréquence ainsi n’importe quel instrument qui sert à mesurer et de caractériser les turbulences doit avoir une résolution suffisamment élevée de temps pour résoudre ces changements. Anémomètres incandescent sont souvent utilisés pour ces mesures parce qu’ils sont petits, robustes et suffisamment rapide pour produire des résultats utiles. Cette vidéo illustre comment utiliser une sonde d’anémomètre à fil chaud calibré pour obtenir des mesures de vitesse et de la turbulence à différents postes au sein d’un jet libre et puis effectuer une analyse statistique de base des données pour caractériser le champ turbulent.

Un flux turbulent peut être attesté par des fluctuations aléatoires élevées dans des variables de flux telles que vitesse, pression et tourbillon. Ces fluctuations sont le résultat d’interactions non linéaires entre des mouvements cohérents dans le champ d’écoulement ainsi les oscillations de haute fréquence, vus dans les mesures de turbulence sont des effets physiques réelles et non le résultat de bruit électronique aléatoire. Une description classique de l’écoulement turbulent implique la détermination de la valeur moyenne des variables de flux et de leurs fluctuations correspondantes avec le temps. Par exemple, la vitesse moyenne, précédée d’une barre, se trouve en intégrant la vitesse instantanée au fil du temps de mesure et de mise à l’échelle de la taille du domaine de l’intégration. Dans le cas des mesures discrètes telles que celles de systèmes d’acquisition numérique, l’intégrale doit être résolue numériquement. Une fois que la vitesse moyenne a été trouvée, il peut être soustraites au signal original la fluctuation dépendant du temps et la vitesse indiquée par le premier. De ces définitions, il est facile de montrer que la moyenne d’un champ de fluctuation est de zéro. En conséquence, un descripteur de statistique plus approprié pour le champ de fluctuation est nécessaire. Une même action commune est la moyenne quadratique ou RMS des fluctuations. Cette métrique est similaire à la moyenne, sauf que la variable est élevé au carré avant d’intégrer et de la racine carrée du résultat est prise. L’intensité de la turbulence est donnée par la RMS de la vitesse, et cette mesure sera en démonstration sur un jet libre dans la section suivante. La vitesse moyenne d’un jet libre a un profil initialement flat-top qui lisse comme le jet se propage en raison de l’entraînement de l’air ambiant dans le jet. Cet entraînement provoque également l’impulsion du jet se propager span-wise comme le jet coule résultant en aval à l’élargissement du jet, car il se propage. La région d’interaction entre le jet et air ambiant est appelée la couche de mélange et cette région pousse vers la ligne médiane sous le jet se déplace en aval. Ce qui laisse une zone à l’intérieur du jet, connu comme le noyau potentiel qui est délimité dans le sens de sections de la sortie de jet et le point où la couche de mélange atteint la ligne centrale. Le noyau potentiel est alors une région qui n’a pas été affectée par les interactions avec le milieu environnant. Sur la ligne centrale, le noyau potentiel s’étend en aval à environ quatre fois la largeur de la sortie du jet. Maintenant que vous êtes familier avec les bases de mesures de turbulence, regardons comment cela peut être utilisé pour caractériser un jet libre.

Avant de commencer la mise en place, vous familiariser avec les procédures de mise en page et de la sécurité de l’installation. Cette expérience sera effectuée sur le même système de flux qui a été utilisé pour l’étalonnage d’anémomètre à fil chaud, et le système d’acquisition de données doit être configuré de la même manière. Dans le logiciel d’acquisition de données, définissez la fréquence d’échantillonnage à 500 Hertz et le nombre total d’échantillons à 5 000. Mettre à jour le constantes n, A et B pour faire correspondre les valeurs déterminées par l’étalonnage. Maintenant mis en place la facilité de circulation. Utiliser une entretoise calibrée pour définir la largeur de la fente à 19,05 millimètres ou de trois-quarts de pouce et ensuite traduire l’anémomètre à fil chaud à la contracta de veine du jet 1,5 fois la largeur de la fente de la sortie. À partir de l’anémomètre au-dessus de la fente, de diminuer la hauteur jusqu'à ce que le signal sur l’oscilloscope atteigne une fluctuation minimale. Enregistrer cette position verticale qui correspond à l’axe du jet. Maintenant traduire l’anémomètre retour jusqu'à ce que la fluctuation de signal est au maximum et cette position correspond à la couche de cisaillement supérieure du jet. Insérer la plaque à orifice vide dans la pile afin que la vitesse d’écoulement seront maximisés et tourner à la facilité de circulation. Une fois que la fluidité est établie, utilisez le système d’acquisition de données pour mesurer la vitesse et la turbulence intensité moyenne à ce stade dans le jet et enregistrer ces valeurs. Maintenant, déplacer l’anémomètre span-wise vers le bas de deux millimètres et mesurer l’intensité moyenne de la vitesse et de la turbulence à nouveau. Continuer à abaisser l’anémomètre par incréments de deux millimètres et prise de mesures jusqu'à ce qu’il n’y a pas de changement notable dans les deux mesures. Après avoir enregistré la hauteur finale, traduire l’anémomètre vers le bas jusqu'à ce qu’il est en dessous de la ligne centrale de la même distance. Reprendre la prise de mesures et de traduction jusqu'à ce que l’anémomètre est de retour à la ligne médiane. Lorsque vous avez terminé, traduire l’anémomètre en aval jusqu'à ce qu’il est trois fois la largeur de la fente de la sortie du jet. Effectuer les mesures du profil jet à ce nouveau poste sections suivant la même procédure que vous avez utilisé dans le premier emplacement. Répétez vos mesures du profil jet à six et neuf fois la largeur de la fente de la sortie du jet. Après avoir complété les mesures, arrêtez la facilité de circulation.

Jetez un oeil à vos données. Dans chaque position de sections, il faut des mesures de la vitesse moyenne et de l’intensité de la turbulence prise à une série de points longitudinalement. Tout d’abord tracer la vitesse moyenne en fonction de la position longitudinalement. À l’échelle des valeurs de la valeur de ligne centre et trouver les points où la courbe croise le seuil de 50 %, en interpolant selon les besoins. Ces points définissent la largeur de jet Delta à cette position de sections. Calculer la largeur en faisant la différence. Dans ce cas, la largeur est d’environ 21,5 millimètres. Maintenant comparer la largeur moyenne Centre ligne vitesse et jet aux positions de ligne différents flux. La vitesse de ligne centre reste fondamentalement inchangée jusqu'à environ quatre fois la largeur de la fente de la sortie en raison de la base potentielle, mais diminue au-delà de cette distance. L’augmentation de la largeur de jet à distance est révélatrice de la propagation longitudinalement de l’impulsion du jet car l’air ambiant est entraîné. Maintenant tracer l’intensité de la turbulence en fonction de la position longitudinalement. Étant donné que le mélange arrive à la limite entre le jet et le milieu environnant, intensité de la turbulence pics loin de la ligne médiane.

Écoulement turbulent est omniprésent dans les applications scientifiques et techniques. Pour son évaluation dans les applications d’ingénierie tels que ventilation, chauffage et climatisation, il est courant d’utiliser des sondes de portable incandescent qui sont introduits dans les conduits et traverse radialement pour obtenir les profils de vitesse. Cette information est ensuite utilisée par l’ingénieur soit équilibrer un système nouvellement installé flux pour assurer son bon fonctionnement ou pour déterminer un système défectueux et résoudre tout problème qui empêche son fonctionnement. Lorsqu’un nouveau véhicule terrestre, aérienne ou maritime ou la structure est conçue pour tenir les forces des écoulements turbulents, il est nécessaire de tester ses performances dans des conditions réalistes de débit dans un tunnel de vent ou l’eau. Pour simuler des conditions de turbulence qui se produisent dans l’atmosphère ou l’océan, le flux entrant peut être perturbé avec grilles actives ou passives qui introduiront les fluctuations importantes de la circulation. Puis le véhicule ou la structure de l’étude peut être monté dans la section test du tunnel du vent ou l’eau pour mesurer comment il fait face aux charges introduites par l’écoulement turbulent. Ces mesures peuvent être effectuées directement avec les balances aérodynamiques qui mesurent le résultat faites glisser et lever des forces. Aussi, la vitesse sur le modèle testé dans le tunnel pourrait donner des informations importantes au sujet de la performance. Cette qualification est généralement faite avec anémomètres incandescent dans les souffleries.

Vous avez juste regardé introduction de Jupiter à la mesure des écoulements turbulents. Vous devez maintenant comprendre comment déployer incandescent anémomètres pour mesurer et évaluer les profils d’écoulement et de l’intensité de la turbulence. Merci de regarder.