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通过钝体流的可视化

Overview

资料来源: 里卡多梅希亚-阿尔瓦雷斯, Hussam Hikmat 贾巴尔和艾哈迈德·阿卜杜勒拉蒂夫, 密歇根州立大学机械工程系, 东兰辛, MI

由于其治理规律的非线性性质, 流体运动诱发了复杂的流型。几个世纪以来, 对这些模式的本质的了解一直是人们密切关注的课题。虽然个人电脑和超级计算机广泛用于推断流体流动模式, 但它们的能力仍然不足以确定复杂几何形状或高度惯性流的精确流动行为 (例如, 当动量支配粘性阻力)。考虑到这一点, 大量的实验技术, 使流模式明显的发展, 可以达到流的制度和几何无法进入理论和计算工具。

这个演示将调查一个钝体周围的流体流动。一个钝体是一个物体, 由于其形状, 导致其表面的分离流动。这是与流线型的身体形成对比, 就像一个翼型, 这是在流中对齐, 导致较少的流分离。本研究的目的是利用氢泡作为一种可视化流动模式的方法。氢泡是通过电解在水中的电极, 利用直流电源产生的。在负极中形成氢气气泡, 这需要是一个非常细的导线, 以确保气泡保持小, 更有效地跟踪流体运动。该方法适用于稳定的层流流动, 并基于描述物体绕流性质的基本流动线。[1-3]

本文重点介绍了该技术的实现, 包括设备及其安装的细节。然后, 该技术用于演示使用两个基本的流动线来表征循环圆柱体周围的流动。这些流动线用于估计一些重要的流量参数, 如流速和雷诺数, 并确定流动模式。

Procedure

1. 生产连续气泡板:

  1. 根据图 3中显示的电路图设置设备。
  2. 在测试部分的下游端固定水中的正极 (参见图 4以供参考)。
  3. 在流到达研究对象之前, 将负电极固定在上游和靠近感兴趣点的位置, 将气泡释放到流中 (参见图 4以供参考)。水完成了两个电极之间的电路。
  4. 打开流程设备
  5. 将频率控制器的拨号设置为位置2。这将建立一个大约 9x10-4 m3/秒的流率。
  6. 打开直流电源, 将电压提高到大约25伏, 电流将会自行设置190毫安左右。
  7. 将信号发生器中的波形设置为方形波形 (符号:). 这产生一个0伏-5 v 平方信号, 激活固态继电器 (关闭电路) 在其高位置, 并打开它在低位

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Results

图 2显示了 Kármàn 涡街的氢气泡可视化的两个代表性结果。图 2(a) 显示了 streaklines 的一个例子, 如氢气泡片中的扰动所证明的那样。该图像用于在机器单元中提取杆的直径。图 2(B) 显示一个时间表领域的例子。该图像用于估计逼近的流体速度。从这个特定的实验提取的参数总结在表2。

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Application and Summary

在这项研究中, 利用氢气气泡, 以提取定性和定量信息从流动的图像周围的圆柱体。从这些实验中提取的定量信息包括自由流速度 ()、旋涡脱落频率 ()、雷诺数 (Re) 和两相数 (St).特别是, St vs Re 的结果与先前的研究有很好的一致性 [3]。

由于在当前实验中使用的速度慢, 气泡片中的扰动产生了五花肉气泡?...

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References

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