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Méthode de la sphère de turbulence : Évaluation de la qualité du débit de la soufflerie

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Dans les essais aérodynamiques, les souffleries sont inestimables pour déterminer les propriétés aérodynamiques de divers objets et d'avions à l'échelle. Les données de soufflerie sont générées par l'application d'un flux d'air contrôlé à un modèle d'essai, qui est monté à l'intérieur de la section d'essai. Le modèle de test a généralement une géométrie similaire, mais à une plus petite échelle, par rapport à l'objet réel.

Afin d'assurer l'utilité des données générées lors des essais en soufflerie, nous devons assurer une similitude dynamique entre le champ d'écoulement de la soufflerie et le champ d'écoulement réel sur l'objet réel. Pour maintenir une similitude dynamique, le nombre Reynolds de l'expérience de soufflerie doit être le même que le nombre Reynolds du phénomène de débit testé.

Cependant, les expériences effectuées dans des souffleries ou en plein air, même avec le même numéro d'essai Reynolds peuvent fournir des résultats différents en raison des effets de la turbulence en cours d'eau libre à l'intérieur de la section d'essai de la soufflerie. Ces différences peuvent être perçues comme un nombre plus élevé de Reynolds efficace s'est accrue pour la soufflerie. Alors, comment pouvons-nous corréler les essais dans la soufflerie aux expériences en plein air?

Nous pouvons estimer l'intensité de la turbulence en cours d'eau libre dans la soufflerie à l'aide d'un objet bien défini avec un comportement d'écoulement connu, comme une sphère. Cette méthode est appelée méthode de sphère de turbulence. La méthode de la sphère de turbulence repose sur l'état bien étudié appelé la crise de traînée de sphère.

La crise de drague de sphère décrit le phénomène où le coefficient de traînée d'une sphère diminue soudainement pendant que le nombre de Reynolds atteint une valeur critique. Lorsque le flux atteint le nombre critique de Reynolds, la couche limite passe du laminaire au turbulent très près du bord d'avant de la sphère. Cette transition, par rapport à l'écoulement à un faible nombre de Reynolds, provoque une séparation du débit retardée et un sillage turbulent plus mince et donc diminué la traînée.

Par conséquent, nous pouvons mesurer le coefficient de traînée d'une sphère à une gamme de nombres de Reynolds d'essai pour déterminer le nombre critique de Reynolds. Cela nous permet de déterminer le facteur de turbulence, qui corrèle le numéro reynolds d'essai à l'efficacité du numéro Reynolds.

Dans cette expérience, nous allons démontrer la méthode de la sphère de turbulence à l'aide d'une soufflerie et de plusieurs sphères de turbulence différentes avec des robinets de pression intégrés.

Cette expérience utilise une soufflerie aérodynamique ainsi que plusieurs sphères de turbulence de diamètre variable pour déterminer le niveau de turbulence du flux libre dans la section d'essai du tunnel. Les sphères de turbulence, chacune avec un robinet de pression à l'extrémité ainsi que 4 robinets de pression situés à 22,5 degrés du bord de fuite, ont des caractéristiques de débit bien définies, qui nous aident à analyser la turbulence dans la soufflerie.

Pour mettre en place l'expérience, connectez d'abord le tube pitot de la soufflerie au port de scanner de pression numéro 1. Ensuite, connectez le port de pression statique de la soufflerie au port numéro 2. Maintenant, verrouillez le solde externe. Fixez la jambe de sphère dans le support d'équilibre à l'intérieur de la soufflerie.

Ensuite, installez le 6 dans la sphère. Connectez le robinet de pression de bord d'avant au port de scanner de pression numéro 3 et connectez les quatre robinets de pression arrière au port 4. Connectez la ligne d'approvisionnement en air au régulateur de pression et réglez la pression à 65 psi. Ensuite, connectez le collecteur du scanner de pression à la ligne de pression réglée à 65 psi.

Démarrer le système d'acquisition de données et le scanner de pression. Pendant que le système équilibre, estimez la pression dynamique maximale, q max, nécessaire pour le test basé sur le numéro critique reynolds en plein air pour une sphère lisse.

Ici, nous énumérons les paramètres de test recommandés pour le premier et le deuxième test de chaque sphère. Maintenant, en utilisant ces paramètres, définissez la plage de test de pression dynamique de zéro à q max, puis définissez les points de test en divisant la plage en 15 intervalles.

Avant d'exécuter l'expérience, lisez la pression barométrique dans la pièce et enregistrez la valeur. Aussi, lisez la température ambiante et enregistrez sa valeur. Appliquer les corrections à la pression barométrique à l'aide de la température ambiante et de la géolocalisation à l'aide d'équations fournies par le fabricant du manomètre.

Maintenant, configurez le logiciel d'acquisition de données en ouvrant d'abord le programme de numérisation. Ensuite, connectez le logiciel DSM 4000, qui lit et étalonne le signal du capteur de pression, en réglant l'adresse IP appropriée et en appuyant sur se connecter. Insérez les commandes telles qu'indiquées, qui sont définies par le fabricant, en vous rappelant d'appuyer sur entrez après chaque commande.

Maintenant que le logiciel est prêt, vérifiez que la section d'essai et la soufflerie sont exemptes de débris et de pièces détachées. Ensuite, fermez les portes de la section d'essai et vérifiez que la vitesse de la soufflerie est fixée à zéro. Allumez la soufflerie, puis allumez le système de refroidissement de la soufflerie.

Avec une vitesse du vent égale à zéro, commencez à enregistrer des données sur le système d'acquisition de données, puis tapez l'analyse de commande pour commencer la mesure de la pression. Ensuite, enregistrez la température de la soufflerie. Puisque la vitesse du vent est directement liée à la pression dynamique, augmentez la vitesse du vent jusqu'à ce que vous atteigniez le prochain point d'essai de pression dynamique. Ensuite, attendez que la vitesse de l'air se stabilise et recommencez l'analyse de pression. Assurez-vous d'enregistrer la température de la soufflerie. Poursuivez l'expérience en procédant à un balayage de pression à chacun des points de pression dynamiques, en enregistrant la température du soufflerie à chaque fois. Lorsque tous les points ont été mesurés pour la sphère de 6 pouces, répétez l'expérience de stabilisation et de balayage de pression pour les sphères de turbulence de 4,987 pouces et 4 pouces.

Pour chaque sphère, nous avons mesuré la pression de stagnation au port de pression 3 et la pression aux ports arrière par l'intermédiaire du port de pression 4, qui sont soustraits pour donner la différence de pression, delta P. Nous avons également mesuré la pression totale de la section d'essai, Pt, à partir du port de pression un et la pression statique, Ps, à partir du port de pression deux, qui sont utilisés pour déterminer la pression dynamique d'essai, q.

Ensuite, nous pouvons calculer la pression normalisée, qui est égale à la différence de pression divisée par la pression dynamique. La pression de l'air et la température du débit d'air ont également été enregistrées, ce qui a permis de calculer les propriétés du débit d'air. Rappelons qu'il y a une fente dans la section d'essai, ce qui signifie qu'elle est ouverte à l'air ambiant. Par conséquent, en supposant qu'il n'y ait pas de gradient de pression dans le sens des cours d'eau dans la section d'essai, la valeur absolue de la pression statique locale du flux libre peut être utilisée comme pression d'air ambiant.

La densité est obtenue en utilisant la loi idéale sur le gaz et la viscosité obtenue à l'aide de la formule de Sutherland. Une fois que la densité et la viscosité de l'air ont été déterminées, nous pouvons calculer le nombre de Reynolds. Ici, nous montrons une parcelle du nombre Reynolds par rapport à la différence de pression normalisée, delta P sur q.

À l'aide de cette parcelle, nous pouvons déterminer le nombre critique de Reynolds pour chaque sphère, puisque le nombre critique de Reynolds correspond à une valeur de pression normalisée de 1,22. Avec chaque numéro Reynolds critique, nous pouvons évaluer le facteur de turbulence et le nombre efficace de Reynolds. Le facteur de turbulence est corrélé à l'intensité de la turbulence dans la soufflerie.

En résumé, nous avons appris comment la turbulence en cours d'eau libre affecte les essais dans une soufflerie. Nous avons ensuite utilisé plusieurs sphères lisses pour déterminer le facteur de turbulence et l'intensité du flux de soufflerie et évaluer sa qualité.

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