מדידת זרמים סוערים

זרימות סוערות ממלאות תפקיד חשוב במגוון רחב של מערכות מהונדסות וטבעיות. כתוצאה מכך, לעתים קרובות יש צורך לבצע מדידות בתוך המערכת על מנת לאפיין את הזרימה. זרימות סוערות מציגות תנודות בתדר גבוה מאוד, כך שכל מכשיר המשמש למדידת ואפיון מערבולות חייב להיות בעל רזולוציית זמן גבוהה מספיק כדי לפתור שינויים אלה. תיל חם anemometers משמשים לעתים קרובות למדידות אלה כי הם קטנים, חזקים, ומהיר מספיק כדי להניב תוצאות שימושיות. וידאו זה ימחיש כיצד להשתמש בגשושית אנמומטר חוט חם מכוילת כדי להשיג מדידות מהירות ומערבולת בעמדות שונות בתוך סילון חופשי ולאחר מכן לבצע ניתוח סטטיסטי בסיסי של הנתונים כדי לאפיין את השדה הסוער.

זרימה סוערת יכולה להעיד על ידי תנודות אקראיות גבוהות במשתני זרימה כגון מהירות, לחץ ומערבולת. תנודות אלה הן תוצאה של אינטראקציות לא ליניאריות בין תנועות קוהרנטיות בתוך שדה הזרימה, כך שתנודות התדר הגבוה שנראות במדידות של מערבולות הן מאפקטים פיזיים אמיתיים ולא כתוצאה מרעש אלקטרוני אקראי. תיאור קלאסי של זרימה סוערת כרוך ב לקביעת הערך הממוצע של משתני זרימה והתנודות המתאימות שלהם עם הזמן. לדוגמה, המהירות הממוצעת, המצוינת על-ידי סרגל-על, נמצאת על-ידי שילוב המהירות המיידית לאורך זמן המדידה ושינוי קנה המידה לפי גודל תחום השילוב. במקרה של מדידות נפרדות כגון אלה ממערכות רכישה דיגיטליות, יש לפתור את האינטגרל מספרית. לאחר שנמצאה המהירות הממוצעת, ניתן להחסיר אותה מהאות המקורי כדי להניב את התנודתיות והמהירות תלויות הזמן המצוינות על-ידי הפריים. מהגדרות אלה, קל להראות כי הממוצע של שדה תנודות הוא אפס. כתוצאה מכך, יש צורך במתאר סטטיסטי מתאים יותר עבור שדה התנודות. מדד נפוץ מאוד הוא ריבוע שורש ממוצע או RMS של התנודות. מדד זה דומה לממוצע, למעט העובדה שהמשתנה בריבוע לפני האינטגרציה והשורש הריבועי של התוצאה נלקח. עוצמת המערבולת ניתנת על ידי RMS של המהירות ומדידה זו תודגם במטוס חופשי בחלק הבא. המהירות הממוצעת של מטוס סילון חופשי יש פרופיל שטוח בתחילה להחליק החוצה כמו המטוס מתפשט עקב entrainment של האוויר שמסביב לתוך המטוס. אימון זה גם גורם לתנופה הליניארית של המטוס להתפשט מבחינת טווח כאשר המטוס זורם במורד הזרם וכתוצאה מכך מתרחב המטוס כשהוא מתפשט. אזור האינטראקציה בין הסילון לאוויר שמסביב נקרא שכבת הערבוב ואזור זה גדל לכיוון קו האמצע כאשר המטוס נע במורד הזרם. זה משאיר אזור בתוך הסילון המכונה הליבה הפוטנציאלית המופרדת בכיוון הזרם על ידי יציאת הסילון והנקודה שבה שכבת הערבוב מגיעה לקו האמצע. הליבה הפוטנציאלית היא אזור שלא הושפע מאינטראקציות עם הסביבה. בקו האמצע, הליבה הפוטנציאלית משתרעת במורד הזרם לכארבע פעמים מרוחב יציאת הסילון. עכשיו שאתם מכירים את היסודות של מדידות מערבולות, בואו נראה איך זה יכול לשמש כדי לאפיין מטוס חינם.

לפני שתתחילו בהקמתם, הכירו את נהלי הפריסה והבטיחות של המתקן. ניסוי זה יבוצע באותה מערכת זרימה ששימשה לכיול האנמומטר של החוט החם ויש להתקין את מערכת רכישת הנתונים באותו אופן. בתוכנת רכישת הנתונים, הגדר את קצב הדגימה ל -500 הרץ ואת סך הדגימות ל -5,000. עדכן את הקבועים n, A ו- B כך שיתאימו לערכים שנקבעו מהכיול. עכשיו תקימו את מתקן הזרימה. השתמש מרווח מכויל כדי להגדיר את רוחב החריץ ל 19.05 מילימטרים או שלושה רבעים של אינץ 'ולאחר מכן לתרגם את האנמומטר חוט חם לכווץ טון של המטוס 1.5 פעמים רוחב החריץ מן היציאה. החל עם anemometer מעל החריץ, להוריד את הגובה עד האות על oscilloscope מגיע תנודה מינימלית. הקלט מיקום אנכי זה המתאים לקו האמצע של הסילון. עכשיו תרגם את מד האנומטר בחזרה עד תנודת האות הוא מקסימום ומיקום זה מתאים לשכבת הגיסה העליונה של הסילון. הכנס את צלחת ה פתח ריק לתוך הערימה כך מהירות הזרימה תהיה מוגדלת ולאחר מכן להפעיל את מתקן הזרימה. לאחר זרימה יציבה, השתמש במערכת רכישת הנתונים כדי למדוד את המהירות הממוצעת ואת עוצמת המערבולת בנקודה זו במטוס ולתעד ערכים אלה. עכשיו להזיז את טווח האנמומטר למטה על ידי שני מילימטרים ולמדוד את המהירות הממוצעת ואת עוצמת המערבולת שוב. המשך בהורדת האנמומטר במרווחים של שני מילימטרים וקח מדידות עד שלא יחול שינוי ניכר בשתי המדידות. לאחר הקלטת הגובה הסופי, תרגם את מד האנומטר כלפי מטה עד שהוא נמצא מתחת לקו האמצע באותו מרחק. המשך לקחת מדידות ולתרגם עד שמד האנומטר יחזור לקו האמצע. כשתסיים, תרגם את מד האנומטר במורד הזרם עד שהוא יהיה פי שלושה מרוחב החריץ מיציאת הסילון. קח מדידות של פרופיל הסילון במיקום חדש זה מבחינת זרם בעקבות אותו הליך שבו השתמשת במיקום הראשון. חזור על המדידות של פרופיל הסילון במהירות של פי 6 ו-9 מיציאת הסילון. לאחר שתסיים את המדידות, כבה את מתקן הזרימה.

תסתכל על הנתונים שלך. בכל תנוחה מבחינת זרם, יש לך מדידות של המהירות הממוצעת ועוצמת המערבולת שנלקחה בסדרה של נקודות מבחינת טווח. ראשית התווה את המהירות הממוצעת כפונקציה של המיקום span-חכם. שנה את קנה המידה של הערכים לפי ערך קו האמצע ומצא את הנקודות שבהן העקומה מצטלבות את סף 50%, ומיישרת אינטרפולוג לפי הצורך. נקודות אלה מגדירות את דלתא ברוחב הסילון במיקום זה מבחינת הזרם. חשב את הרוחב על-ידי לקיחת ההפרש. במקרה זה, הרוחב הוא כ 21.5 מילימטרים. כעת השווה את מהירות קו האמצע הממוצעת ורוחב סילון במיקומים השונים של קו הזרם. מהירות קו האמצע נותרת בעצם ללא שינוי עד כארבע פעמים רוחב החריץ מהיציאה בשל הליבה הפוטנציאלית, אך יורדת מעבר למרחק זה. העלייה ברוחב הסילון עם המרחק מעידה על התפשטות טווח חכם של המומנטום הליניארי של המטוס כמו האוויר שמסביב הוא entrained. עכשיו שרטטו את עוצמת המערבולת כפונקציה של העמדה החכמה. מכיוון שהערבוב מתרחש בגבול שבין הסילון לסביבה שמסביב, עוצמת המערבולת מגיעה לשיאה מקו האמצע.

זרימה סוערת נמצאת בכל מקום ביישומים מדעיים והנדסיים. להערכתו ביישומים הנדסיים כגון אוורור, חימום ומיזוג אוויר, מקובל להשתמש בבדיקות חוט חם ניידות המוצגות לצינורות ועוברות באופן רדיאלי כדי להשיג את פרופילי המהירות. מידע זה משמש לאחר מכן את המהנדס כדי לאזן מערכת זרימה שהותקנה לאחרונה כדי להבטיח את פעולתה התקינה או כדי לפתור בעיות במערכת לקויה ולפתור כל בעיה המעכבת את פעולתה. כאשר רכב או מבנה יבשתיים, אוויריים או ימיים חדשים מתוכננים לעמוד בכוחות של זרמים סוערים, יש צורך לבחון את ביצועיו בתנאי זרימה מציאותיים במנהרת רוח או מים. כדי לדמות תנאי מערבולת המתרחשים באטמוספירה או באוקיינוס, ניתן להפריע לזרימה הנכנסת עם רשתות פעילות או פסיביות שיכניסו תנודות משמעותיות בזרימה. לאחר מכן ניתן להרכיב את הרכב או המבנה הנחקר בחלק הבדיקה של מנהרת הרוח או המים כדי למדוד כיצד הוא מתמודד עם העומסים שהוכנסו על ידי הזרימה הסוערת. מדידות אלה יכולות להתבצע ישירות עם איזונים אווירודינמיים המודדים את כוחות הגרירה וההרמה המתקבלים. כמו כן, המהירות סביב המודל שנבדק במנהרה עשויה לתת מידע חשוב לגבי הביצועים. אפיון זה נעשה בדרך כלל עם אנמומטרים של חוט חם במנהרות רוח.

הרגע צפית בהקדמה של יובה למדידת זרמים סוערים. עכשיו אתה צריך להבין איך לפרוס אנמומטרים חוט חם כדי למדוד ולהעריך פרופילי זרימה ועוצמת מערבולת. תודה שצפיתם.