Հոսքի վիզուալիզացիան աերոդինամիկ թունելում. ի՞նչ եք իրականում սովորում՝ տեսնելով օդը
Ինչպես են ծուխը, թելիկները, յուղային թաղանթը և PIV-ը բացահայտում անջատումը, պտույտները և հետքային հոսքի կառուցվածքը աերոդինամիկ թունելում, և ինչպիսի օպտիկական հասանելիություն է անհրաժեշտ ենթակառուցվածքին դրանք ապահովելու համար:
Կշեռքը ձեզ տալիս է թիվ: Ճնշման տվիչը ձեզ տալիս է թիվ որոշակի կետում: Բայց դրանցից ոչ մեկը չի ասում, թե ինչու է այդ թիվն այնպիսին, ինչպիսին կա:
Դա աերոդինամիկ թունելում հոսքի վիզուալիզացիայի խնդիրն է. անտեսանելի օդը վերածել այնպիսի բանի, ինչին կարող եք նայել, որպեսզի նախագծային որոշումն այլևս ենթադրություն չլինի: Ժամանակակից ծրագրերում այն կիրառվում է CFD-ի հետ համատեղ, այլ ոչ թե դրան ստորադասված. սիմուլյացիան ցույց է տալիս, թե ինչ է ենթադրում ձեր մոդելը, իսկ վիզուալիզացիան ցույց է տալիս, թե իրականում ինչ արեց օդը ձեր սարքավորման հետ:
Ահա թե ինչ է ցույց տալիս յուրաքանչյուր մեթոդ, ինչ արժե այն ենթակառուցվածքի նախագծման տեսանկյունից և ինչպես խուսափել պատկերները սխալ մեկնաբանելուց:
1. Չորս հարց, որոնց պատասխանում է վիզուալիզացիան
Գրեթե յուրաքանչյուր վիզուալիզացիոն արշավ իրականում փնտրում է այս չորս հարցերից մեկի պատասխանը:
Արդյո՞ք հոսքը կպած է մակերևույթին: Առաջնային եզրի վրայով սահուն, կպած հոսքը հաստատում է նախագծային մտահղացումը: Կպչունության վաղաժամ կորուստը նշանակում է, որ ձեր արդյունավետության մնացած տվյալները չափվել են մեկ այլ աերոդինամիկ օբյեկտի վրա, այլ ոչ թե նրա, որը դուք գծագրել էիք:
Որտե՞ղ է այն անջատվում և արդյո՞ք նորից միանում է: Անջատման կետը աերոդինամիկայի ամենաօգտակար որակական արդյունքն է: Այն տեղաշարժվում է գրոհի անկյան, Ռեյնոլդսի թվի և մակերևույթի վիճակի փոփոխության հետ մեկտեղ, և բացատրում է դիմադրության աճն ու կառավարման անոմալիաները, որոնք միայն ուժային տվյալները չեն կարող բացատրել:
Ի՞նչ է կատարվում հետքային հոսքում: Հետին եզրի պտույտները և հետքային հոսքի կառուցվածքները հանգեցնում են ինդուկտիվ դիմադրության, հոսանքն ի վար ինտերֆերենցիայի, իսկ բազմառոտոր օդանավերի դեպքում՝ մի ռոտորի և մյուսի միջև փոխազդեցության:
Արդյո՞ք այն կայուն է: Պտույտների պոկումն ունի հաճախականություն: Եթե այն համընկնում է կառուցվածքային ռեզոնանսի հետ, դուք ունեք թրթռման (վիբրացիայի) խնդիր, որը ժամանակի մեջ միջինացված ոչ մի չափում ցույց չի տա:
2. Մեթոդների աստիճանակարգը
Թելիկներ (Tufts) — մակերևույթին ամրացված կարճ թելիկներ, հաճախ ֆլուորեսցենտային ծածկույթով: Դրանք շարժվում են քամու տակ գտնվող խոտի պես և իրական ժամանակում ցույց են տալիս հոսքի կպչունությունը, անջատումը և լայնական հոսքը ցանկացած մոդելի վրա, ցանկացած թունելում: Սա ամենաէժան տարբերակն է, սակայն թելիկներն իրենք փոքր-ինչ խանգարում են այն, ինչ չափում են:
Յուղային թաղանթ (Oil film) — ներկված յուղ, որը քսվում է փորձարկումից առաջ. հոսքն այն վերադասավորում է մակերևութային նախշի՝ ցույց տալով մակերևութային շփման, անջատման և վերամիացման գծերը: Այն թողնում է ֆիզիկական հետք, որը կարող եք լուսանկարել անջատումից հետո, և աշխատում է այնտեղ, որտեղ թելիկները չափազանց խանգարող կլինեին:
Ծխի և հոսքագծերի վիզուալիզացիա — հոսանքն ի վեր բաց թողնված ծուխը սերտորեն հետևում է հոսքին և բացահայտում մարմնից դուրս գտնվող կառուցվածքը. առաջնային եզրի վարքագիծը, պտույտների միջուկները, հետքային հոսքի զարգացումը: Այն աններելի է հոսքի վատ որակի նկատմամբ. տուրբուլենտ թունելում ծուխը ցրվում է նախքան մոդելին հասնելը:
Մասնիկների պատկերների արագաչափություն (PIV) — քանակական քայլ: Հոսքը հագեցվում է մ անր կաթիլներով, իմպուլսային լազերային շերտը լուսավորում է հարթությունը, և տեսախցիկի զույգ պատկերները համադրվում են՝ ստեղծելով արագությունների դաշտ: PIV-ը միավորում է ծխի վիզուալ բնույթը չափիչ-կարգավորիչ սարքավորումների ճշգրտության հետ՝ տրամադրելով վեկտորներ, այլ ոչ թե տպավորություններ: Ստերեո և տոմոգրաֆիկ տարբերակներն այն ընդլայնում են մինչև երեք բաղադրիչների և ծավալների:
Տաք լարով անեմոմետրիա (Hot-wire anemometry) — ընդհանրապես պատկեր չկա, բայց կա սպեկտրալ բովանդակություն. տուրբուլենտության ինտենսիվություն, պոկման հաճախականություններ, ժամանակային լուծաչափով մանրամասներ, որոնք PIV կադրերը կարող են բաց թողնել:
Ճնշման տվիչներ և ճնշման նկատմամբ զգայուն ներկ (PSP) — քանակական բեռնվածություն՝ կամ առանձին կետերում, կամ որպես անընդհատ մակերևութային դաշտ:
Շլիրեն (Schlieren) և ստվերային մեթոդներ — խտության գրադիենտի մեթոդներ, որոնք էական են, երբ սեղմելիությունը կարևոր է դառնում և հարվածային ալիքներ են հայտնվում:
Ինֆրակարմիր ջերմագրություն (IR thermography) — լամ ինար և տուրբուլենտ տիրույթները ջերմությունը փոխանցում են տարբեր կերպ, ուստի ԻԿ տեսախցիկը կարող է տեղորոշել սահմանային շերտի անցումը առանց մոդելին դիպչելու:
3. Ընտրել, թե ինչ տեղադրել
| Մեթոդ | Պատասխաններ | Քանակական | Թունելին ներկայացվող պահանջներ |
|---|---|---|---|
| Թելիկներ | Կպչունություն, անջատում, լայնական հոսք | Ոչ | Ոչ մի, բացի տեսանելիության հասանելիությունից |
| Յուղային թաղանթ | Մակերևութային հոսքի տոպոլոգիա | Ոչ | Մոդելը մաքրելու հասանելիություն, աշխատանքային ժամանակ |
| Ծուխ | Մարմնից դուրս կառուցվածք, պտույտներ | Ոչ | Ցածր տուրբուլենտություն, ներմուծման պորտ, լուսավորություն, արտածում |
| PIV | Արագությունների դաշտեր, պտտականություն | Այո | Օպտիկական հասանելիություն, լազերային անվտանգություն, ներմուծման համակարգ, տեսախցիկի ամրակներ |
| Տաք լար | Սպեկտրներ, տուրբուլենտության ինտենսիվություն | Այո | Տեղաշարժման համակարգ |
| Ճնշման տվիչներ / PSP | Բեռնվածության բաշխում | Այո | Մոդելի ինստրումենտացիա, սկաներ, օպտիկական հասանելիություն PSP-ի համար |
| Շլիրեն | Հարվածային ալիքներ, խտության գրադիենտներ | Մասամբ | Օպտիկական որակի պատուհաններ, երկար օպտիկական ուղի |
| ԻԿ ջերմագրություն | Անցման տեղակայում | Մասամբ | ԻԿ-թափանցիկ պատուհան կամ բաց հատված |
Օրինաչափությունը պարզ է. որակական մեթոդները գրեթե ոչինչ չեն պահանջում շենքից, իսկ քանակականները պահանջում են որոշումներ, որոնք կայացվում են աերոդինամիկ նախագծման փուլում՝ պատուհաններ ճիշտ հարթություններում, ներմուծման կետ, որը չի խանգարում հոսքին, մալուխների և հովացման ուղիներ, լազերային արգելափակումներ և տեղաշարժման ամրակ, որը չի փչացնում
[Article not found: improving-aerodynamic-flow-quality-existing-wind-tunnels]-ում փաստագրված հոսքի որակը:
Ավարտված օդատարում օպտիկական հասանելիության հետագա վերազինումը հնարավոր է և թանկ: Դրա պլանավորումը գրեթե ոչինչ չարժե:
4. Պատկերը սխալ մեկնաբանելու հինգ եղանակ
- Ծխի գծերը որպես հոսքագծեր դիտարկելը անկայուն հոսքում: Դրանք հետքագծեր են: Պոկվող հետքային հոսքում տարբերությունը զուտ տեսական չէ:
- Մոռանալը, որ թելիկները խանգարում են: Անցման մոտ թելիկների շարքը կարող է խախտել սահմանային շերտը և ստեղծել այն անջատումը, որի մասին դուք հետո զեկուցում եք:
- Թույլ տալը, որ յուղը փոխի մակերևույթը: Յուղային թաղանթները փոխում են խորդուբորդությունը և կարող են տեղաշարժել անցումը. նախշն իրական է, անցման կետը կարող է իրական չլինել:
- Մեկ PIV հարթությանը վստահելը: Եռաչափ պտտվող համակարգի միջով անցնող հարթությունը կտրվածք է, իսկ կտրվածքները խաբում են՝ բացթողումներ անելով:
- Սխալ Ռեյնոլդսի թվի պայմաններում վիզուալիզացիա անելը: Անջատման վարքագիծը զգայուն է Ռեյնոլդսի թվի նկատմամբ: Սխալ պայմաններում արված գեղեցիկ պատկերը մեկ այլ բանի գեղեցիկ պատկեր է:
5. Որտեղ է այն արդարացնում իրեն
Վիզուալիզացիան արդարացնում է իր բյուջեն՝ կրճատելով իտերացիաները:
Անջատումը, որը դուք կարող եք տեսնել արշավի երկրորդ ժամին, նույն շաբաթվա ընթացքում դառնում է անցումային կորագիծ կամ պտույտների գեներատոր: Նույն խնդիրը, որը հայտնաբերվում է չբացատրված ուժային տվյալներից երեք նախագծային ցիկլ անց, արժենում է վերանախագծում: UAV և eVTOL ծրագրերում ռոտոր-կորպուս փոխազդեցությունը դասական օրինակ է. ուժերը պարզապես հիասթափեցնող են թվում, և միայն պատկերներն են բացատրում, որ մի ռոտորը թռչում է մյուսի հետքային հոսքում:
Այն նաև անում է ավելի պակաս տեխնիկական և հավասարապես արժեքավոր մի բան. այն աերոդինամիկան հասկանալի է դարձնում այն մարդկանց համար, ովքեր չեն կարդում գործակիցների գրաֆիկներ՝ ներդրողներին, սերտիֆիկացման մարմիններին, գնումների հանձնաժողովներին: Պտույտը, որը դուք կարող եք տեսնել, համոզում է լսարանին այնպես, ինչպես աղյուսակը չի կարող:
6. Ինտեգրումը նախագծման մեջ
Եթե ձեր ենթակառուցվածքը նախագծվում է հիմա, վաղօրոք որոշեք երեք բան. որ հարթություններն ունեն օպտիկական հասանելիութ յան կարիք, արդյոք PIV-ը ներառված է ծրագրում, և որտեղից է ներմուծվող նյութը մտնում կոնտուր: Այս երեք ընտրությունները որոշում են պատուհանների շրջանակները, պատի պանելները, լազերային ուղիները և անվտանգության նախագծումը. այս ամենը էժան է գծագրի վրա և խնդրահարույց՝ շահագործման հանձնված թունելում:
Մենք նախագծում ենք փորձարկման հատվածներ՝ վիզուալիզացիայով և չափիչ-կարգավորիչ սարքավորումներով, որոնք պլանավորված են աերոդինամիկ հայեցակարգից սկսած. օպտիկական որակի հասանելիություն, ներմուծման ինտեգրում, տեղաշարժման ամրակներ և լուսավորություն, որոնք համապատասխանեցված են չափումների ծրագրին, այլ ոչ թե ավելացված ավելի ուշ: Հարակից ընթերցանություն. մեր
[Article not found: horizontal-vertical-inclined-wind-tunnels-comparison]և
[Article not found: closed-circuit-vs-open-circuit-wind-tunnels-for-research]:
Ասեք մեզ, թե ինչ է ձեզ պետք տեսնել , և մենք կնախագծենք հատվածը դրա շուրջ:
Աղբյուրներ և նշումներ
- Ծխի, թելիկների և յուղային հոսքի մեթոդների ակնարկ և դրանց գործնական կիրառումը. Visualization Techniques in a Wind Tunnel, Calspan:
- PIV-ը որպես կամուրջ որակական վիզուալիզացիայի և քանակական չափիչ-կարգավորիչ սարքավորումների, իմպուլսային լազերային շերտերի և ներմուծման միջև. Quantitative Flow Visualization, TU Delft:
- Ոչ օպտիկական վիզուալիզացիայի մեթոդները աերոդինամիկ թունելներում, ներառյալ թելիկները և մակերևութային մեթոդները. "Flow Visualisation Techniques in Wind Tunnels, Part I — Non-optical Methods":
- Ենթակառուցվածքի նախագծման ուղեցույցը (օպտիկական հասանելիություն, ներմուծում, տեղաշարժման ինտեգրում) հանդիսանում է TunnelTech-ի ինժեներական պրակտիկան:
- Այս հոդվածի լուսանկարները TunnelTech-ի նախագծերից են. հոսքի պատկերները ցույց են տալիս ծխի վիզուալիզացիան մեր սեփական աերոդինամիկ պրոֆիլների վրա: