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Turbulente Strömungen zu messen

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Turbulente Strömungen spielen eine wichtige Rolle in einer Vielzahl von engineered und natürlich vorkommenden Systeme. Infolgedessen ist es oft notwendig Messungen innerhalb des Systems durchführen, um den Fluss zu charakterisieren. Turbulente Strömungen weisen sehr hoher Frequenzschwankungen, so ein Instrument, das verwendet wird, zu messen und zu charakterisieren Turbulenzen eine Zeitauflösung hoch genug, diese Änderungen zu lösen muss. Hot-Wire Anemometer werden häufig für diese Messungen verwendet, weil sie klein, robust und schnell genug, um brauchbare Ergebnisse zu erzielen sind. Dieses Video wird veranschaulichen mithilfe eine kalibrierten hot-Wire Anemometer Sonde Geschwindigkeit und Turbulenz Messungen an verschiedenen Positionen innerhalb eines Freistrahl erhalten und führen Sie dann eine grundlegende statistische Analyse der Daten zu dem turbulenten Gebiet charakterisieren.

Eine turbulente Strömung kann durch hohe zufällige Schwankungen im Fluss Variablen wie Geschwindigkeit, Druck und Vorticity nachgewiesen werden. Diese Schwankungen sind das Ergebnis der nichtlineare Wechselwirkungen zwischen kohärenten Bewegungen in das Strömungsfeld, so dass die hochfrequenten Schwingungen in Messungen von Turbulenzen gesehen von realen physikalischen Effekte sind und nicht das Ergebnis der elektronischen Rauschen. Eine klassische Beschreibung der turbulenten Strömung beinhaltet die Bestimmung der Durchschnittswert der Fluss Variablen und ihre entsprechenden Schwankungen mit der Zeit. Zum Beispiel die durchschnittliche Geschwindigkeit, gekennzeichnet durch eine über bar, wird durch die Integration der momentanen Geschwindigkeit über die Messzeit und Skalierung durch die Größe der Integration Domäne gefunden. Bei diskreten Messungen wie die von digitalen Erfassungssysteme muss das Integral numerisch gelöst werden. Sobald die Durchschnittsgeschwindigkeit gefunden worden ist, kann es aus dem ursprünglichen Signal liefern die zeitabhängige Fluktuation und Geschwindigkeit gekennzeichnet durch den Prime subtrahiert werden. Aus diesen Definitionen ist es leicht zu zeigen, dass die durchschnittliche Fluktuation Feld Null ist. Infolgedessen ist ein geeigneterer statistische Deskriptor für Fluktuation Bereich erforderlich. Eine sehr gemeinsame Maßnahme ist der Root-Mean-Square oder RMS Schwankungen. Diese Metrik ist ähnlich wie der Durchschnitt, außer dass die Variable ist im Quadrat vor der Integration und die Quadratwurzel des Ergebnisses erfolgt. Die Turbulenzintensität ist von der RMS der Geschwindigkeit gegeben und diese Messung wird auf ein Freistrahl im nächsten Abschnitt gezeigt werden. Die durchschnittliche Geschwindigkeit des ein Freistrahl hat eine zunächst Flat-Top-Profil, die glättet, wie der Strahl durch Mitnahme von Umgebungsluft in den Jet propagiert. Diese Mitnahme verursacht auch den Impulssatz des Jets, span-wise zu verbreiten, wie der Strahl nachgelagerten wodurch Verbreiterung des Jets fließt, wie es propagiert. Die Region der Interaktion zwischen der Jet und Umgebungsluft mischende Schicht nennt und dieser Region wächst in Richtung der Mittellinie als der Jet flussabwärts bewegt. Dies lässt eine Region innerhalb der Jet, bekannt als die potenzielle Kern, der in die stream-wise Richtung von der Jet-Ausfahrt und der Punkt, an dem die Rührschüssel Schicht die Mittellinie erreicht, begrenzt ist. Der potenzielle Kern ist dann eine Region, die durch Wechselwirkungen mit der Umgebung nicht beeinträchtigt wurde. Auf der Mittellinie der potenziellen Kern flussabwärts erstreckt sich auf etwa vier Mal die Breite der Jet-Ausfahrt. Nun, da Sie mit den Grundlagen der Turbulenz Messungen vertraut sind, schauen Sie wie diese genutzt werden, um ein Freistrahl zu charakterisieren.

Bevor Sie Einrichtung beginnen, machen Sie sich mit dem Layout und Sicherheitsverfahren der Anlage. Dieses Experiment erfolgt auf dem gleichen Fluss-System, das für die hot-Wire Anemometer Kalibrierung verwendet wurde und das Datenerfassungssystem sollte auf die gleiche Weise eingerichtet sein. Legen Sie in der Datenerfassungs-Software die Sampling-Rate auf 500 Hertz und der gesamten Stichproben auf 5.000. Aktualisieren Sie die konstanten n, A und B entsprechend der ermittelten Werte aus der Kalibrierung. Die Flow-Anlage eingerichtet. Verwenden Sie einen kalibrierten Spacer die Spaltbreite auf 19,05 mm oder drei Viertel eines Zoll festlegen und dann übersetzen dem hot-Wire Anemometer, Vena Contracta des Jet das 1,5-fache der Spaltbreite von der Ausfahrt entfernt. Beginnend mit dem Anemometer über den Schlitz, senken Sie die Höhe, bis das Signal auf dem Oszilloskop eine minimale Fluktuation erreicht. Notieren Sie diese senkrecht zur Mittellinie des Jets entspricht. Jetzt übersetzen Sie das Anemometer zurück, bis die Signal Fluktuation ein Maximum ist und diese Position der oberen Scherung Schicht des Jets entspricht. Fügen Sie die leere Messblende in den Stack, sodass die Strömungsgeschwindigkeit wird maximiert und schalten Sie dann die Fluss-Anlage. Sobald stetigen Strom hergestellt wird, verwenden Sie das Datenerfassungssystem, die durchschnittliche Geschwindigkeit und Turbulenz Intensität an dieser Stelle in den Jet zu messen und zeichnen Sie diese Werte. Jetzt nach unten Sie das Anemometer span-wise von zwei Millimeter und Messen Sie die durchschnittliche Geschwindigkeit und Turbulenz Intensität wieder zu. Weiter zwei Millimeter-Schritten das Anemometer Tieferlegung und Messungen bis gibt es keine merkliche Veränderung in beiden Messungen. Übersetzen Sie nach der Aufnahme der endgültigen Höhe das Anemometer nach unten, bis es unterhalb der Mittellinie um denselben Abstand ist. Durchführung von Messungen und übersetzen, bis das Anemometer zurück an der Mittellinie ist fortgesetzt. Wenn Sie fertig sind, übersetzen Sie das Anemometer flussabwärts bis sie dreimal die Spaltbreite von der Jet-Ausfahrt ist. Messen Sie die Jet-Profil an dieser neuen stream-wise Position nach dem gleichen Verfahren, die, das Sie an der ersten Stelle verwendet. Wiederholen Sie Ihre Messungen des Jet-Profils auf sechs bis neun Mal die Spaltbreite von der Jet-Ausfahrt. Nach Abschluss die Messungen, die Flow-Anlage heruntergefahren haben.

Werfen Sie einen Blick auf Ihre Daten. In jeder stream-wise Position haben Sie Messungen die Durchschnittsgeschwindigkeit und die Turbulenzintensität genommen bei einer Reihe von span-wise Punkten. Zuerst zeichnen Sie die durchschnittliche Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der span-wise Position. Die Skalenwerte von Wert "Center-Line" und die Punkte, wo die Kurve die Schwelle von 50 % schneidet, Interpolation nach Bedarf, zu finden. Diese Punkte definieren Sie die Jet-breite Delta an dieser stream-wise Position. Berechnen Sie die Breite, indem man den Unterschied. In diesem Fall ist die Breite ca. 21,5 Millimeter. Vergleichen Sie nun die durchschnittlichen Mittelpunkt Geschwindigkeit und Jet Linienbreite an den anderen Stream Zeile stellen. Die Zentrum Linie Geschwindigkeit bleibt im Wesentlichen unverändert bis zu etwa vier Mal die Spaltbreite von der Ausfahrt aufgrund der möglichen Kern, aber jenseits dieser Abstand verringert. Die Breitenzunahme Jet mit Abstand ist bezeichnend für die span-wise Ausbreitung der Impulssatz des Jets wie die umgebende Luft mitgerissen wird. Zeichnen Sie jetzt die Turbulenzintensität in Abhängigkeit von der span-wise Position. Da mischen an der Grenze zwischen der Düse und der Umgebung geschieht, die umliegenden Gipfel Turbulenzintensität Weg von der Mittellinie.

Turbulente Strömung ist allgegenwärtig im wissenschaftlichen und technischen Anwendungen. Bei ihrer Beurteilung in technische Anwendungen wie Lüftung, Heizung und Klimaanlage ist es üblich, tragbare hot-Wire-Sonden zu verwenden, die für die Kanalisierung und Traverse der Geschwindigkeitsprofile radial zu eingeführt werden. Diese Informationen wird dann durch den Ingenieur zur Gleichgewicht entweder eine neu installierte Flow-System um den ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten oder zu einem fehlerhaften System behandeln und lösen jedes Problem, das seinen Betrieb behindert. Bei einer terrestrischen Antenne oder marine Neufahrzeug oder Struktur entworfen, um die Kräfte der turbulenten Strömungen stehen, ist es notwendig, seine Leistung unter realistischen Bedingungen in einem Tunnel Wind oder Wasser zu testen. Um Turbulenzbedingungen zu simulieren, die in die Atmosphäre oder das Meer auftreten, kann die Anströmung mit aktiver oder passiver Netze gestört werden, die erhebliche Schwankungen in der Strömung einführen werden. Dann kann das Fahrzeug oder die Struktur unter Studie montiert werden, in der Messstrecke von Wind oder Wasser Tunnel zu messen, wie es mit den Belastungen durch die turbulente Strömung eingeführten umgeht. Diese Messungen können direkt mit aerodynamischen Salden, die die resultierende Messen ziehen und heben Sie Kräfte. Darüber hinaus könnte die Geschwindigkeit um das Modell in den Tunnel getestet wichtige Informationen in Bezug auf Leistung geben. Diese Charakterisierung erfolgt in der Regel mit hot-Wire Anemometer im Windkanal.

Sie sah nur Jupiters Einführung in die turbulente Strömungen zu messen. Sie sollten jetzt verstehen, wie hot-Wire Anemometer zur Messung und Bewertung fließen Profile und Turbulenzintensität bereitgestellt. Danke fürs Zuschauen.

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