Name: Experimentelle Untersuchung der Strömung Struktur über eine Delta-Flügel über Flow Visualisierungsmethoden (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-23T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 17 s
Description: Erfahren Sie, wie instationäre Wirbelströmungen über Delta-Flügel mit modifizierter Rauchvisualisierung untersucht werden. Diese Methode zeigt globale Strömungsfelder und zelluläre Substrukturen gleichzeitig.

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Die Autoren möchte Hong Kong Research Grants Council (No. GRF526913), Hong Kong Innovation and Technology Kommission (No. ITS/334/15FP), und die uns Büro von Naval Research Global (No. N00014-16-1-2161) für die finanzielle Unterstützung.

(1) Windkanal-Setup
<ol><li>Deltaflügel-Modell
	<ol>
<li>Bauen Sie ein Delta-Flügel Modell aus Aluminium, mit einem Sweep Winkel φ von 75°, ein Akkord Länge c 280 mm, eine Wurzel Span b 150 mm und einer Dicke von 5 mm. Haben beide Kanten abgeschrägt bei 35°, die Trennung Punkt17 zu beheben (siehe Abbildung 1a).</li>
	</ol></li>
	<li>Windkanal-Anlage
	<ol>
<li>Durchführen Sie Experimente in einem geschlossenen Regelkreis Lowspeed Windkanal mit einer Messstrecke von 2,4 m (Länge) × 0,6 m (Breite) × 0,6 m (Höhe), die mit Glaswänden ausgestattet ist, die optischen während der Experimente Zugriff. Die turbulente Intensität einer solchen Anlage betragen weniger als 0,4 %. Hinweis: In dieser Studie verwendeten wir Windkanal an der Hong Kong Polytechnic University mit den oben genannten Eigenschaften. Auch die filmkühlung Geschwindigkeit U∞ reichten von 2,64 m/s auf 10,56 m/s, entspricht einem Reynolds-Zahl Re, 5 × 104 bis 2 × 105, basierend auf der Sehnenlänge des Delta-Flügel, die die typische Reichweite ist für eine unmanned aerial vehicles (UAV).</li>
		<li>Bei Bedarf nutzen Sie drei unterschiedliche Regelungen (siehe Abbildung 1 b-d) Laser-Blatt und die Kameras, um die Fluss-Strukturen in der Längsrichtung Querschnitt, span-wise Querschnitt und der transversalen Querschnitt zu beobachten. Schaltpläne des Setups sind in Abbildung 1 bdargestellt. Hinweis: Dieses Protokoll zeigt das Setup und die Messung in der Längsrichtung Querschnitt im Detail.</li>
	</ol></li>
	<li>Installieren Sie die Delta-Flügel
	<ol>
<li>Befestigen der Delta-Flügel-Hinterkante auf den Stachel, die auf eine Kreisbewegung-Anleitung zum Einstellen des Anstellwinkels (AoA), αverwendet. Das Zentrum der kreisführung ist auf der Zentrallinie der Windkanal-Messstrecke. So kann der Deltaflügel Zentrum immer im Mittelpunkt der Messstrecke. Passen Sie die AoA zu α = 34 °.</li>
		<li>Stellen Sie vorsichtig das Deltaflügel-Modell, um jede Gierwinkel minimieren und roll-Winkel, indem Sie die Messwerte von einem Winkel Meter und ein drei-Achs-Laser-Wasserwaage überprüfen. In der aktuellen Studie ist die Unsicherheit der diese beiden Winkel weniger als 0,1 °.</li>
	</ol></li>
	<li>Richten Sie den Laser-Blatt
	<ol>
<li>Verwenden Sie zwei Laser getrennt, um die Fluss-Strukturen für PIV-Messungen und Rauch Visualisierung zu beleuchten.<ol>
<li>Für PIV-Messungen, benutzen einen dual Puls-Laser mit einer Wellenlänge von 532 nm und eine maximale Energie von 600 mJ (einstellbar) für jeden Puls. Steuern sie mit einem Synchronizer mit Transistor-Transistor-Logik (TTL)-Signale (siehe Abbildung 1 b).</li>
			<li>Für Rauch Visualisierung, benutzen einen kontinuierlichen Laser mit einer Wellenlänge von 532 nm und einer Leistung von 1 w. Dieser kontinuierliche Laser arbeitet unabhängig. Während der Installation Setup ein Graufilter mit 10 % Durchlässigkeit den Laserstrahl aus Sicherheitsgründen Filtern verwenden.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Geeigneten Laser-Schutzbrille zu tragen.</li>
		<li>Passen Sie die Reflexion Spiegel den Laserstrahl in den Windkanal einzuführen. Der Winkel zwischen der Laser-Licht-Achse und der Spiegel ist <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57244/57244eq1.jpg"> , um den Laserstrahl senkrecht zur Fläche Deltaflügel machen. Sicherzustellen, dass der Laserstrahl auf die Position x/c ≅ 0,25, die später das Zentrum der das Sichtfeld (FOV) werden.</li>
		<li>Installieren Sie Laseroptik (mit dem kontinuierlichen Laser, auf den ersten) um die Laser-Blatt zu bilden, wie in Abbildung 1 bgezeigt. Die konvexe Linse dient zur Steuerung der Laserstrahl Größe (auch die Blechstärke). Zylinderlinse erweitert den Laserstrahl auf ein Laser-Blatt. Hinweis: In der aktuellen Studie, die Brennweite der Zylinderlinse ist 700 mm und der Durchmesser der Zylinderlinse beträgt 12 mm.</li>
		<li>Überprüfen Sie die Laser-Blechstärke durch Messung der Laserlinie auf dem Modell. Ändern Sie die Position der konvexe Linse, wenn die Laser Blechdicke nicht geeignet ist (in diesem Fall etwa 1 mm, mit einer wirksamen Breite von der Laser-Blatt in der Messstrecke von ca. 100 mm). Beachten Sie, dass die Blechdicke Laser (1) die Geschwindigkeitskomponente in Richtung der normalen Laser-Blatt und (2) das Zeitintervall zwischen den beiden Schnappschüsse in PIV Messung abhängig ist.</li>
		<li>Setzen Sie eine Kalibrierung Zieltafel auf dem Delta-Flügel, mit seiner Oberfläche deckungsgleich zu den Laser-Blatt. Dieser Schritt ist notwendig, da die FOV in der vorliegenden Studie nicht orthogonal zu den Windkanal-Koordinate ist.</li>
	</ol></li>
	<li>Kamera-setup
	<ol>
<li>Schalten Sie den Laser beim Einrichten der Kameras. Wie bei den Lasern, verwenden Sie zwei Kameras für jeden separaten Teil dieses Experiments:<ol>
<li>Für PIV Messungen Verwenden einer Highspeed-CCD-Kamera mit einer Auflösung von 2048 × 2048 Pixel. Diese Kamera wird gesteuert von der Synchronizer und dual Puls laser (siehe Abbildung 1 b). Daten in dieser Kamera werden direkt an den Computer übertragen werden.</li>
			<li>Verwenden Sie für Rauch Visualisierung eine kommerzielle digitale Kamera mit einer Snapshot-Auflösung von 4.000 x 6.000 Pixel und einer Videoaufzeichnung 50 Hz Auflösung von 720 × 1280 Pixel während der Rauch Visualisierung. Es wird manuell bedient werden.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Bewegen Sie die Position der Kamera (auf den ersten kommerziellen Digitalkamera), die gewünschte FOV zu erhalten. Stellen Sie das Objektiv der Kamera auf die Kalibrierung Zieltafel konzentrieren. Stellen Sie sicher, dass das gesamte Feld konzentriert. Ist dies nicht der Fall, die Koordinaten der Kamera möglicherweise nicht orthogonal zur Kalibrierung-Zieltafel. Stellen Sie die Kamera positionieren sorgfältig18.</li>
		<li>Nehmen Sie mehrere Frames, nachdem die Kamera gut eingestellt ist. Später werden diese Frames Ziel Kalibrierplatte, den Skalierungsfaktor zwischen der tatsächlichen Größe und Frame-Pixel zu kalibrieren und die Referenzposition in die Xyz-Koordinate zu identifizieren verwendet werden. Dann entfernen Sie die Kalibrierung Zieltafel.</li>
	</ol></li>
	<li>Schalten Sie den Windkanal bei niedriger Drehzahl (z.B. 3 m/s) und injizieren Sie Ölpartikel in den Windkanal zu. Stellen Sie den Druck der Aerosol-Generator bei 2,5 Bar und betreiben Sie es für 30 s für die Pre-gesäten Flow-Visualisierung-Methode. Danach wird die gesamte Windkanal gleichmäßig mit Ölpartikeln bei einem normalen Durchmesser von etwa 1 µm ausgesät. Hinweis: In der aktuellen Studie, die geschätzte Öl Dichte Partikelkonzentration im Windkanal ist etwa <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57244/57244eq2.jpg"> in den Rauch Visualisierung; Somit ist der gesamte Fluss Dichteänderung im Windkanal <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57244/57244eq3.jpg"> .</li>
	<li>PIV-Software-setup
	<ol>
<li>Das PIV-System mit der PIV-Software Steuern (siehe Tabelle der Materialien). Diese Software kann den Synchronizer TTL-Signale an den Laser und die Kamera senden Befehl, wie in Abbildung 1 bgezeigt.</li>
		<li>Legen Sie die Sampling-Frequenz bei 5 Hz, mit einer gesamten Probenahme-Reihe von 500. Das Zeitintervall zwischen den PIV-Frames ist 80 µs. Beachten Sie, dass der zeitliche Abstand abhängig von der Größe der FOV und Flow Geschwindigkeit ist. Stellen Sie sicher, dass die Vernehmung Bereiche in zwei Frames über eine Überlappung von 50-75 %.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Durchführung des Experiments
<ol><li>
Verbesserte Rauch Visualisierung
	<ol>
<li>Schalten Sie den Windkanal die gewünschte filmkühlung Geschwindigkeit (U = 2,64 m/s). Führen sie für 10 min die filmkühlung Geschwindigkeit zu stabilisieren. Bei Re = 50.000, die filmkühlung Geschwindigkeit ist U = 2,64 m/s.</li>
		<li>Schalten Sie den kontinuierlichen Laser. Verwenden Sie die Digitalkamera, um 5-10 Schnappschüsse von der Strömung Struktur zu erfassen.</li>
		<li>Überprüfen Sie, ob der Laser-Blatt längs Querschnitt des LEV-Kern (siehe die typische Struktur, siehe Abbildung 3). Wenn ja, markieren Sie diese Position auf dem Deltaflügel-Modell als Referenz für die späteren PIV-Messung; andernfalls ändern Sie die Position des Laser-Blatt durch die Anpassung der optischen Linse und Zurücksetzen Sie die folgenden Schritte 1.4.6 - 1.5.3 Kalibrierung.</li>
		<li>Überprüfen Sie die Bilder und den Fokus und Helligkeit. Wenn die Bildqualität nicht zufrieden stellend ist, stellen Sie die Blende des Objektivs oder die ISO-Einstellung.</li>
		<li>Weitere Schnappschüsse (in der Regel etwa 20) und Videos (ca. 40 s) mit dem richtigen Setup. Schalten Sie den Laser und übertragen Sie die Daten auf den Computer.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
PIV-Messung
	<ol>
<li>Wählen Sie anhand der Referenzposition bekannt aus Schritt 2.1.3 und die Ergebnisse der Snapshots aus Schritt 2.1.5 ein interessantes Gebiet (X/c≈ 0,3) als die FOV, wo bejubelten Teilstrukturen beobachtet werden. Ersetzen Sie die kontinuierliche Laser und Digitalkamera mit dual Puls Laser und CCD-Kamera für PIV-Messungen.</li>
		<li>Wiederholen Sie die Schritte 1.4.6 - 1.5.3 die Kalibrierung für PIV Messungen aufzeichnen.</li>
		<li>Schalten Sie den Windkanal die gewünschte filmkühlung Geschwindigkeit, U = 2,64 m/s. führen Sie es für 10 Minuten, um sicherzustellen, dass die filmkühlung Geschwindigkeit stabil ist.</li>
		<li>Die dual Impuls-Laser auf der höchsten Leistungsstufe einstellen und stehen. Mithilfe der Software starten Sie die Datenerfassung für 100 s. Sobald die Datenaufzeichnung beendet ist, schalten Sie den Laserkopf.</li>
		<li>Überprüfen Sie die aufgenommenen Bilder in der Software und überprüfen Sie die Laser-Blatt-Verteilung, die Teilchendichte (in der Regel 6 bis 10 Partikel in jedem gewünschten Verhör-Bereich), im Mittelpunkt und die Partikel-Verschiebung zwischen den doppelten Rahmen (25-50 % der Vernehmung Bereich).</li>
		<li>Wenn die Qualität der Bilder zufriedenstellend, ist wie unter Punkt 2.2.5 beschrieben., sichern Sie die Daten auf die Festplatte des PCs und anderen Fällen von wiederholen Sie die obigen Schritte ausgeführt. Andernfalls wiederholen Sie die Schritte 1.7 und 2.2 und passen Sie sorgfältig das Setup an.</li>
	</ol>
</li>
</ol>(3) die Verarbeitung der Daten
<ol><li>
Verbesserte Rauch Visualisierung Hinweis: Die folgenden Schritte, 3.1.1-3.1.4, erfolgen automatisch über MATLAB-Code (siehe Zusätzliche Codierung Datei).<ol>
<li>Verwandeln Sie das Video in einer Sequenz von Frames. Umwandeln Sie die Bilder aus dem RGB-Formular in Graustufen. Drehen Sie den Rahmen um die Deltaflügel Oberfläche horizontal auszurichten. Wählen Sie den gewünschten Bereich für die spätere Verarbeitung (Abbildung 2a).</li>
		<li>Passen Sie die Helligkeit und den Kontrast die Strömung Struktur hervorheben. Anwenden einer adaptiven Schwellenwerts um das graue Bild, um ein binäres Bild (Abb. 2 b) zu verwandeln.</li>
		<li>Addieren Sie die binäre Werte in jeder Spalte und finden Sie die Position, an der die Summe plötzlich ändert. Diese Position ist die Wirbel Aufschlüsselung Lage (Abbildung 2 c).</li>
		<li>Aufzeichnen der Wirbel Aufschlüsselung Standorte und ihre entsprechenden Zeiten. So erhalten Sie der zeitlichen Verlauf der Aufschlüsselung Oszillation.</li>
		<li>Verwenden Sie die Pixel-Real Größe Maßstabsfaktor (gemessen von den Bildern mit der Kalibrierung Zieltafel im Schritt 1.5.3), um den zeitlichen Verlauf von Pixeln in Originalgröße zu verwandeln und die Referenzposition zu identifizieren. Zeichnen Sie den zeitlichen Verlauf der Aufschlüsselung Oszillation.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
PIV-Messung
	<ol>
<li>Die PIV-Software ausführen. Verwenden Sie die Bilder erwarb Schritt 2.2.2 der Skalierungsfaktor und die Referenzposition der Koordinaten festlegen. Vorverarbeitung der erfassten Daten durch die Bild-Verarbeitung-Bibliothek markieren die Partikel zu reduzieren Lärm18.</li>
		<li>Verwenden Sie die adaptive Verhör Bereich Methode mit einer minimalen Rastergröße von 32 × 32 Pixel und eine minimale Überlappung von 50 %. Wählen Sie den Bildbereich und legen Sie eine 3 x 3-Vektor-Validierung für die adaptive Cross-Korrelationen.</li>
		<li>Das Ergebnis wird als ein Vektor Geschwindigkeitsfeld gegeben, in denen die blauen Vektoren die richtigen Vektoren sind, die Grünen sind die ersetzten Vektoren und die roten sind schlechte Vektoren.</li>
		<li>Gelten Sie die 3 x 3 bewegen durchschnittliche Validierungsmethode, die lokale Geschwindigkeit durch den Vergleich der Vektoren in seiner Nachbarschaft zu schätzen. Ersetzen Sie Vektoren, die zu viel von ihren Nachbarn mit dem Durchschnitt ihrer Nachbarn abweichen.</li>
		<li>Berechnen Sie Vektor-Statistiken in der Geschwindigkeit Karten um die Fließeigenschaften im Zeitverlauf, z. B.die Zeit gemittelte Geschwindigkeit, die Standardabweichung und die Kreuzkorrelation zwischen Geschwindigkeitskomponenten zu erhalten. Berechnen Sie die skalare Derivate aus der Vektorkarte, die Innenausstattung des Strömungsfeldes, z. B.die Vorticity, Schubspannungen und wirbelnden Stärke zu demonstrieren.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Smits, A. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSmits%2C+AJ+%22Flow+visualization%3A+Techniques+and+examples%22">Flow visualization: Techniques and examples</a>. , World Scientific. (2012).</li>
<li>Barlow, J. B., Rae, W. H., Pope, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBarlow%2C+JB+%22Low-speed+wind+tunnel+testing%22">Low-speed wind tunnel testing</a>. , Wiley. New York. (1999).</li>
<li>Merzkirch, W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMerzkirch%2C+W+%22Flow+visualization%22">Flow visualization</a>. , Academic Press. (1987).</li>
<li>Raffel, M., Willert, C. E., Wereley, S., Kompenhans, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRaffel%2C+M+%22Particle+image+velocimetry%3A+A+practical+guide%22">Particle image velocimetry: A practical guide</a>. , Springer. (2007).</li>
<li>Westerweel, J., Elsinga, G. E., Adrian, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ara.bme.hu/oktatas/tantargy/NEPTUN/BMEGEATMG39/2014-2015-II/ea/SUDA/extra_ea_PIV-AnnuRev-FluidMech-120710-101204.pdf">Particle Image Velocimetry for Complex and Turbulent Flows.</a> Annu Rev Fluid Mech. 45 (1), 409-436 (2013).</li>
<li>Meinhart, C. D., Wereley, S. T., Santiago, J. G. <a target="_blank" href="http://microfluidics.stanford.edu/Publications/ParticleTracking_Diagnostics/Meinhart%20Micro%20PIV%20Measurements%20ExperFluids.pdf">PIV measurements of a microchannel flow.</a> Exp Fluids. 27 (5), 414-419 (1999).</li>
<li>Gursul, I. <a target="_blank" href="https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/1.5269">Review of unsteady vortex flows over slender delta wings.</a> J Aircraft. 42 (2), 299-319 (2005).</li>
<li>Gursul, I., Gordnier, R., Visbal, M. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037604210500103X">Unsteady aerodynamics of nonslender delta wings.</a> Prog Aerosp Sci. 41 (7), 515-557 (2005).</li>
<li>Lowson, M. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/aeronautical-journal/article/some-experiments-with-vortex-breakdown/A1C23A3D3023B2191D1D9F0AA1F55A66">Some experiments with vortex breakdown.</a> JRoy Aeronaut Soc. 68, 343-346 (1964).</li>
<li>Payne, F. M., Ng, T., Nelson, R. C., Schiff, L. B. <a target="_blank" href="https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/3.9864">Visualization and wake surveys of vortical flow over a delta wing.</a> AIAA J. 26 (2), 137-143 (1988).</li>
<li>Lowson, M. V. The three dimensional vortex sheet structure on delta wings. Fluid Dynamics of Three-Dimensional Turbulent Shear Flows and Transition. , 11.11-11.16 (1989).</li>
<li>Riley, A. J., Lowson, M. V. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/development-of-a-threedimensional-free-shear-layer/930592ACEA6E4D17DE18779878A8CE6C">Development of a three-dimensional free shear layer.</a> J Fluid Mech. 369, 49-89 (1998).</li>
<li>Menke, M., Gursul, I. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.869407">Unsteady nature of leading edge vortices.</a> Phys Fluids. 9 (10), 2960(1997).</li>
<li>Yayla, S., Canpolat, C., Sahin, B., Akilli, H. <a target="_blank" href="https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/1.J050380">Yaw angle effect on flow structure over the nonslender diamond wing.</a> AIAA J. 48 (10), 2457-2461 (2010).</li>
<li>Menke, M., Gursul, I. <a target="_blank" href="https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/2.2481">Nonlinear response of vortex breakdown over a pitching delta Wing.</a> J Aircraft. 36 (3), 496-500 (1999).</li>
<li>Sahin, B., Yayla, S., Canpolat, C., Akilli, H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1270963811001003">Flow structure over the yawed nonslender diamond wing.</a> Aerosp Sci Technol. 23 (1), 108-119 (2012).</li>
<li>Kohlman, D. L., Wentz, J. W. H. <a target="_blank" href="https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/3.44247">Vortex breakdown on slender sharp-edged wings.</a> J Aircraft. 8 (3), 156-161 (1971).</li>
<li>Lu, L., Sick, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-speed+Particle+Image+Velocimetry+Near+Surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces.</a> J Vis Exp. (76), e50559(2013).</li>
<li>Mitchell, A. M., Barberis, D., Molton, P., Délery, J. <a target="_blank" href="https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/2.1059">Oscillation of Vortex Breakdown Location and Blowing Control of Time-Averaged Location.</a> AIAA J. 38 (5), 793-803 (2000).</li>
<li>Shen, L., Wen, C. -y, Chen, H. -A. <a target="_blank" href="https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/1.J054373">Asymmetric Flow Control on a Delta Wing with Dielectric Barrier Discharge Actuators.</a> AIAA J. 54 (2), 652-658 (2016).</li>
<li>Leibovich, S. <a target="_blank" href="http://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.fl.10.010178.001253">The Structure of Vortex Breakdown.</a> Annu Rev Fluid Mech. 10 (1), 221-246 (1978).</li>
<li>Mitchell, A. M., Molton, P. <a target="_blank" href="https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/2.1844">Vortical Substructures in the Shear Layers Forming Leading-Edge Vortices.</a> AIAA J. 40 (8), 1689-1692 (2002).</li>
<li>Gad-El-Hak, M., Blackwelder, R. F. <a target="_blank" href="https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/3.9016">The discrete vortices from a delta wing.</a> AIAA J. 23 (6), 961-962 (1985).</li>
<li>Zhou, J., Adrian, R. J., Balachandar, S., Kendall, T. M. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/mechanisms-for-generating-coherent-packets-of-hairpin-vortices-in-channel-flow/15127D61739F0A9395D4810745CE4EF7">Mechanisms for generating coherent packets of hairpin vortices in channel flow.</a> J. Fluid Mech. 387, 353-396 (1999).</li>
<li>Adrian, R. J., Christensen, K. T., Liu, Z. C. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s003489900087">Analysis and interpretation of instantaneous turbulent velocity fields.</a> Exp Fluids. 29 (3), 275-290 (2000).</li>
<li>Yoda, M., Hesselink, L. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF00215017">A three-dimensional visualization technique applied to flow around a delta wing.</a> Exp. Fluids. 10 (2-3), (1990).</li>
<li>Greenwell, D. I. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGreenwell%2C+DI+%22RTO+AVT+Symposium%22">RTO AVT Symposium</a>. , Leon, Norway. RTO-MP-069(I) (2001).</li>
<li>Furman, A., Breitsamter, C. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1270963812001290">Turbulent and unsteady flow characteristics of delta wing vortex systems.</a> Aerosp Sci Technol. 24 (1), 32-44 (2013).</li>
<li>Wang, C., Gao, Q., Wei, R., Li, T., Wang, J. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s00348-016-2184-y">3D flow visualization and tomographic particle image velocimetry for vortex breakdown over a non-slender delta wing.</a> Exp Fluids. 57 (6), (2016).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Dieser Artikel stellt zwei Fluss Visualisierungsmethoden, verbesserte Rauch Visualisierung und PIV-Messung, Strömung Struktur über die Deltaflügel qualitativ und quantitativ zu untersuchen. Die allgemeine Verfahren des Experiments werden Schritt für Schritt beschrieben. Die Setups dieser beiden Methoden sind fast die gleichen, obwohl die beteiligten Geräte unterscheiden. Das Grundprinzip dieser zwei Fluss-Visualisierung-Methoden ist, die Partikel in den Fluss über die Laser-Blatt zu beleuchten. Die verbesserte Rauch Visu...

Bereich Durchflussmessung über Visualisierungstechniken ist eine grundlegende Methodik in der Fluidtechnik. Unter den verschiedenen Visualisierungstechniken sind Rauch Draht Visualisierung im Windkanal Experimente und Farbstoff Visualisierung im Tunnel Wasserexperimente die am weitesten verbreitete Fluss Strukturen qualitativ zu veranschaulichen. PIV und Laser Doppler Messung (LDA) sind zwei typische quantitative Techniken1.
In Rauch Draht Visualisierung Rauch streichlinien erzeugt aus Öltröpfchen auf ein Heizdraht oder während der Experimente aus dem äußeren Rauch Generator/Behälter injiziert. Hochleistungs-Licht oder Laser-Blätter werden verwendet, um den Rauch streichlinien beleuchten. Bilder werden dann für die weitere Analyse aufgezeichnet. Dies ist eine einfache, aber sehr nützliche Fluss Visualisierung Methode2. Die Wirksamkeit dieser Methode kann jedoch durch verschiedene Faktoren, wie die kurze Dauer der Rauch Drähte, die komplexe dreidimensionale Strömungsfeld, die relativ hohe Geschwindigkeit der Strömung und die Effizienz der Rauchentwicklung3beschränkt werden.
In PIV-Messungen ein Querschnitt durch ein Strömungsfeld mit mitgeführten Partikel wird durch eine Laser-Blatt beleuchtet und sofortige Positionen der Teilchen in dieser Querschnitt sind von einer Highspeed-Kamera eingefangen. In einer extrem kleinen Zeitintervall wird ein paar Bilder aufgezeichnet. Durch die Bilder in ein Raster von Verhör Bereiche aufzuteilen und die durchschnittliche Bewegung von Teilchen in Verhör Bereichen durch Kreuzkorrelation Funktionen berechnen, erhalten Sie die momentane Geschwindigkeit Vektorkarte in dieser beobachteten Querschnitt. Es ist jedoch auch bekannt, dass Kompromisse für Faktoren wie die Größe des Fensters Beobachtung, die Auflösung der Geschwindigkeit Karte, der geschwindigkeitsbetrag in der Ebene, der zeitliche Abstand zwischen den beiden Bildern, die orthogonal Geschwindigkeit erreicht werden muss Größe, und die Partikel Dichte4. Daher können viele explorative Experimente mussten die experimentelle Einstellungen zu optimieren. Es wäre teuer und zeitaufwändig zu untersuchen, eine unbekannte und komplexe Strömungsfeld mit PIV Messung allein5,6. In Anbetracht der oben genannten Bedenken eine Strategie verbinden Rauch Visualisierung und PIV Messung vorgeschlagen und hier demonstriert, um die komplexe Warenströme über eine schlanke Deltaflügel zu studieren.
Zahlreiche Studien von LEV strömt über Deltaflügel wurden durchgeführte7,8, mit Fluss-Visualisierungs-Techniken als die primären Tools verwendet. Viele interessante Strömungsphänomenen eingehalten worden: Spirale Typ und Blase Typ Vortex Pannen9,10, einer instationären Scherung Schicht Unterkonstruktion11,12, Schwingungen der LEV Aufschlüsselung Standorte13 , und Effekte von Pitch und Yaw Winkel14,15,16 auf die Fluss-Strukturen. Die zugrunde liegenden Mechanismen etwas unsicher Phänomene in der Deltaflügel fließt jedoch unklar7. In dieser Arbeit wird der Rauch Visualisierung verbessert mit der gleichen Ausgangswerten Partikeln in PIV Messung statt Rauch Draht verwendet. Diese Verbesserung stark vereinfacht die Bedienung der Visualisierung und erhöht die Qualität der Bilder. Basierend auf den Ergebnissen aus der verbesserten Rauch Fluss-Visualisierung, PIV Messung konzentriert sich auf die Strömungsfelder von Interesse, die quantitative Informationen zu erwerben.
Hier ist eine detaillierte Beschreibung zu um erklären, wie eine Fluss-Visualisierung-Experiment in einem Windkanal durchzuführen und zu untersuchen, schwankenden Strömungsphänomenen über eine Delta-Flügel. Zwei Visualisierungsmethoden, verbesserte Rauch Visualisierung und PIV-Messung, werden gemeinsam in diesem Experiment verwendet. Das Verfahren beinhaltet Anleitungen für Setup und Parameter Geräteeinstellung. Typische Ergebnisse werden gezeigt, um den Vorteil der Kombination dieser beiden Methoden für die Messung der komplexen Strömungsfeld, räumlich und zeitlich zu zeigen.

<table><tbody><tr><td>532 nm Nd:YAG-Laser</td><td>Quantel Laser</td><td>Evergreen 600mJ</td><td></td></tr><tr><td>Hochgeschwindigkeitskamera</td><td>Dantec Dynamic</td><td>HiSense 4M</td><td></td></tr><tr><td>Kameraobjektiv</td><td>Tamron</td><td>SP AF180mm F/3.5 Di</td><td></td></tr><tr><td>PIV-Aufnahme- und Verarbeitungssoftware</td><td>Dantec Dynamic</td><td>DynamicStudio</td><td></td></tr><tr><td>zylindrisches Objektiv</td><td>Newport</td><td></td><td>&Phi;=12 mm</td></tr><tr><td>konvexe Linse</td><td>Newport</td><td></td><td>f=700 mm</td></tr><tr><td>Neutraldichtefilter</td><td>Newport</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kalibrierungstarget</td><td></td><td></td><td>kundenspezifischer</td></tr><tr><td>Aerosolgenerator</td><td>TSI</td><td>TSI 9307-6</td><td></td></tr><tr><td>PULSE</td><td>GENERATOR Berkeley Nucleonics Corp</td><td>BNC 575</td><td></td></tr><tr><td>kontinuierlicher Laser</td><td></td><td>APGL-FN-532-1W</td><td></td></tr><tr><td>Digitalkamera</td><td>Nikon</td><td>Nikon D5200</td><td></td></tr><tr><td>Bildverarbeitung</td><td>Matlab</td><td></td><td>benutzerdefinierter Code</td></tr><tr><td>Windkanalunterstützung</td><td></td><td></td><td>kundenspezifische</td></tr><tr><td>Lasernivellierung</td><td>BOSCH</td><td>GLL3-15X</td><td></td></tr><tr><td>Winkelmesser</td><td>BOSCH</td><td>GAM220</td><td></td></tr></tbody></table>

experimentelle untersuchung der strömung struktur über eine delta-flügel über flow visualisierungsmethoden

Experimental Investigation of the Flow Structure over a Delta Wing Via Flow Visualization Methods

Es ist bekannt, dass das Strömungsfeld über eine Delta-Flügel von ein paar Zähler rotierenden Vorderkante Wirbel (LEV) dominiert wird. Ihr Mechanismus ist jedoch nicht gut verstanden. Der Fluss Visualisierungstechnik ist eine vielversprechende berührungslose Methode um das komplexe Strömungsfeld räumlich und zeitlich zu veranschaulichen. Eine grundlegende Fluss Visualisierung Setup besteht aus einem High-Power-Laser und optische Linsen, Laser-Blatt, eine Kamera, ein Tracer-Partikel-Generator und Datenverarbeiter zu generieren. Der Windkanal-Einrichtung, die Spezifikationen der beteiligten Geräte und die entsprechenden Parameter-Einstellungen sind abhängig von der Strömung Funktionen abgerufen werden.
Normal Rauch Draht Visualisierung verwendet einen Rauch Draht fließen streichlinien nachweisen. Allerdings ist die Leistung dieser Methode durch schlechte räumliche Auflösung begrenzt, wenn sie in einem komplexen Feld durchgeführt wird. Daher wurde eine verbesserte Rauch Fluss Visualisierungstechnik entwickelt. Diese Technik zeigt die groß angelegte globale LEV Strömungsfeld und der Schichtaufbau fließen kleine Schere zum gleichen Zeitpunkt bietet ein wertvolles Nachschlagewerk für später detaillierte Particle Image Velocimetry (PIV) Messung.
In diesem Papier zeigt die Anwendung der verbesserten Rauch Visualisierung und PIV-Messung, die Phänomene der instationären Strömung über eine Delta-Flügel zu studieren. Die Verfahren und Hinweise zur Durchführung des Experiments aufgeführt sind, einschließlich der Windkanal Setup, Datenerfassung und Datenverarbeitung. Die repräsentativen Ergebnisse zeigen, dass diese beiden Fluss Visualisierungsmethoden effektive Techniken für die Untersuchung der dreidimensionales Strömungsfeld, qualitativ und quantitativ.

Abb. 2d zeigt die Zeitverläufe der LEV Aufschlüsselung lagen. Die schwarze Kurve zeigt die Backbordseite LEV und die rote Kurve zeigt die Steuerbord LEV. Die Zeitskala ist nondimensionalized durch die kostenlosen Online Stream Geschwindigkeit und Akkord-Länge. Der Korrelationskoeffizient zwischen diesen beiden Zeitverläufe ist R = −0.53, zeigt eine starke Anti-symmetrische Interaktion der LEV Aufschlüsselung Lage Schwingungen. Dieses Ergebnis stimmt ...

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll zur instationären bejubelten fließt über eine Delta-Flügel mit einer modifizierten Rauch Fluss Visualisierungstechnik beobachten und untersuchen den Mechanismus für die Schwingungen der führende Wirbel Aufschlüsselung Standorte verantwortlich.

Experimentelle Untersuchung der Strömung Struktur über eine Delta-Flügel über Flow Visualisierungsmethoden

It is well known that the flow field over a delta wing is dominated by a pair of counter rotating leading edge vortices (LEV). However, their mechanism is ...

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments ist es, instationäre wirbelförmige Strömungen über einem Deltaflügel mit Hilfe von Visualisierungstechniken zu beobachten und den Mechanismus zu untersuchen, der für die Oszillationen der Wirbelaufbruchstellen an der Vorderkante verantwortlich ist. Diese Methode kann dazu beitragen, Schlüsselfragen des instationären Strömungsphänomens eines Zylinderdeltaflügels zu beantworten, wie z. B. die Oszillation der Vorderkante der Scheitelpunktdurchbruchstelle. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass das großskalige globale Vortex-Strömungsfeld und die kleinskaligen zellulären Substrukturen gleichzeitig dargestellt werden können.Beginnen Sie mit dem Modell für das Experiment. Für dieses Experiment handelt es sich bei dem Modell um einen 280 Millimeter langen Deltaflügel aus Aluminium. Nehmen Sie das Modell mit, um es in den Windkanal zu montieren, der mit geschlossenem Kreislauf und niedriger Geschwindigkeit betrieben wird.Die Teststrecke ist mit Glaswänden versehen, um den optischen Zugang für das Experiment zu ermöglichen. Hier wurde der Deltaflügel fachgerecht im Windkanal montiert. Zwei Laser können die Strömungsstrukturen beleuchten

experimental-investigation-flow-structure-over-delta-wing-via-flow

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Stimmfaltenpolypen können die Stimmfaltendynamik stören und somit verheerende Folgen für die Kommunikationsfähigkeit eines Patienten haben. Die dreidimensionale Strömungstrennung, die durch einen wandmontierten Modellpolypen induziert wird, und seine Auswirkungen auf die Wanddruckbelastung werden mittels Partikelbild-Velocimetrie, Hautreibungslinienvisualisierung und Wanddruckmessungen untersucht.

Untersuchung der dreidimensionalen Strömungstrennung, die durch ein Modell Vocal Fold Polyp induziert wird

Stentimplantate in stenosierten arteriellen Krümmungen sind anfällig für "Typ IV"-Versagen, das die vollständige Querfraktur von Stents und die lineare Verschiebung der frakturierten Teile beinhaltet. Wir präsentieren ein Protokoll zur Detektion von Sekundärflussstrukturen (wirbelförmigen) Strukturen in einem gekrümmten Arterienmodell, stromabwärts von klinisch relevanten "Typ IV"-Stentversagen.

Experimentelle Untersuchung von Sekundärströmungsstrukturen hinter einem Modell Typ IV Stent Failure in einem 180 ° Curved Artery Test Sektion

Die hier beschriebene Technik bietet eine relativ einfache und kostengünstige Methode, um simultane Messung von Teilchen Kinematik und Turbulenz in Strömungen mit niedrigen Partikelkonzentrationen. Die Turbulenzen wird mittels Particle Image Velocimetry (PIV) gemessen, und Partikel Kinematik errechnen sich aus Bildern, die mit einer Hochgeschwindigkeitskamera in überlappenden Sichtfeld.

Gleichzeitige Messung von Turbulenzen und Partikel-Kinematik mit bildgebenden Verfahren

Eine Technik zum Durchführen quantitativer dreidimensionale (3D)-Bildgebung für einen Bereich von Fluidströmungen wird vorgestellt. Mit Konzepten aus dem Bereich der Light Field Imaging, rekonstruieren wir 3D-Volumen aus Arrays von Bildern. Unsere 3D-Ergebnisse umfassen ein breites Spektrum, einschließlich Geschwindigkeit Felder und Mehrphasen-Blasengröße-Distributionen.

Ermittlung 3D Flow Felder via Multi-Kamera-Light Field Imaging

In diesem Video beschreiben wir zunächst Fertigung und Operationsverfahren eines akustischen Oberflächenwellen (SAW) akustische Gegenstrom-Gerät. Wir zeigen dann einen Versuchsaufbau, der sowohl für qualitative und quantitative Visualisierung Flow Analyse von komplexen Strömungen innerhalb des SAW Pumpen Gerät ermöglicht.

Fabrication, Operation and Flow Visualization in Oberflächenschallwellen-wave-driven Acoustic-Gegenstrom Mikrofluidik

Eine Scherzelle für Neutronenkleinwinkelstreuung im Geschwindigkeits-Geschwindigkeitsgradienten Scherebene entwickelt und wird verwendet, um komplexe Fluide zu charakterisieren. Ortsaufgelöste Messungen der Geschwindigkeit Steigung Richtung sind möglich für ein Studium Scherkanten Materialien. Anwendungen sind Untersuchungen von kolloidalen Dispersionen, Polymerlösungen und selbstorganisierten Strukturen.

Messwerkstoffgefüge unter Verwendung von Fluss 1-2 Flugzeug Flussneutronenkleinwinkelstreuung

Wir beschreiben die Methodik der mechanischen Exfoliation und Abscheidung von Flocken neuartiger Materialien mit mikrometergroßen Abmessungen auf das Substrat, die Herstellung von experimentellen Bauelementstrukturen für Transportexperimente und die Magnetotransportmessung in einem trockenen Helium-Close-Cycle-Kryostaten bei Temperaturen bis zu 0,300 K und Magnetfeldern bis zu 12 T.

Erweiterte Experimentelle Methoden für Niedertemperatur-Magneto Messung der Novel Materials

Experimentelle Methoden zur Untersuchung von Festkörper-Abkühlprozessen und zur Charakterisierung der elastokalorischen Materialeigenschaften von Formgedächtnislegierungen (SMA) werden vorgestellt. Für die Steuerung und umfassende Überwachung von elastokalorischen Kühlprozessen wurde ein eigens angefertigter Prüfstand konzipiert. Darüber hinaus bietet es eine Validierungsplattform für thermomechanisch gekoppelte Modellierungsansätze.

Experimentelle Methoden zur Untersuchung von Formgedächtnis-Based Elastocaloric Kühlprozesse und Modellvalidierung

Wir haben ein neuartiges Full-Flow-Probenahmesystem (FFS) zur Quantifizierung von Methanemissionen und Treibhausgasen aus der gesamten Erdgaslieferkette entworfen, entwickelt und implementiert.

Design und die Verwendung eines Vollstrom-Probenahmesystem (FFS) für die Quantifizierung von Methanemissionen

Diese Methode zielt darauf ab, vertikale Untergrunddefekte zu lokalisieren. Hier koppeln wir einen Laser mit einem räumlichen Lichtmodulator und lösen seinen Videoeingang aus, um eine Probenoberfläche deterministisch mit zwei anti-phased modulierten Linien zu erwärmen, während hochaufgelöste thermische Bilder aufgenommen werden. Die Fehlerposition wird von der Auswertung von thermischen Welleninterferenzminima abgerufen.

Untergrundfehler-Lokalisierung durch strukturierte Erwärmung mittels laserprojektierter photothermischer Thermografie

Erfahren Sie, wie instationäre Wirbelströmungen über Delta-Flügel mit modifizierter Rauchvisualisierung untersucht werden. Diese Methode zeigt globale Strömungsfelder und zelluläre Substrukturen gleichzeitig.

Experimentelle Untersuchung der Strömung Struktur über eine Delta-Flügel über Flow Visualisierungsmethoden

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