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表面染料流可视化:观察超音速流中条纹模式的定性方法

Overview

周围或身体上的流量可视化是空气动力学研究的重要工具。它提供了一种定性和定量研究流结构的方法,也有助于研究者对流体流动行为进行理论研究和验证。流可视化可以分为两类:场外可视化和表面流可视化。场外流动可视化技术涉及确定感兴趣主体周围的流动特征。它们包括但不限于粒子图像速度测量 (PIV)、Schlieren 成像和烟流可视化。这些技术可以提供身体周围流动的定性和定量数据。但是,这些技术通常成本高昂且难以设置。另一方面,表面流可视化技术涉及用染料涂覆感兴趣的主体,以研究表面的流动。这些技术在实践中更具侵入性,包括染料流动可视化,最近还使用压敏涂料,从而提供身体表面流动的详细图像。这使得研究人员能够可视化不同的流动特征,包括层状气泡、边界层过渡和流分离。染料流可视化是当前实验中感兴趣的技术,它提供了表面流的定性图像,是最简单、最具成本效益的表面流可视化方法之一,专门用于可视化身体。

本实验中,在超音速流中研究了六个物体的表面流动行为。利用染料流可视化技术获得条纹图案,从流图像中识别和研究流道、流动附着和分离程度以及冲击的位置和类型。

Procedure
  1. 在超音速流中观察条纹
    1. 将荧光染料粉末和矿物油混合在塑料碗中。以增量向染料中加入少量矿物油,持续混合,直到获得半粘性混合物。混合物不应该是稀血的。
    2. 将刺痛安装在超音速风洞试验室上方,并将其锁定到位。本演示使用了测试部分为 6 in x 4 且工作马赫数范围为 1.5 到 4 的吹落超音速风洞,如图1所示。通过调整块设置(更改测试部分的面积比),马赫数会发生变化。
    3. 将 2D 楔形模型拧到刺安装上并固定楔块的方向,使楔形表面面向风洞测试部分的透明侧壁。所有模型如图2所示。
    4. 使用画笔将足够数量的染料混合物涂到模型上。确保染料不会从模型上滴下来。请参阅图 3以寻求参考。
    5. 调整所需自由流马赫数的块设置。
    6. 关闭并固定风洞面板。
    7. 运行风洞 6 秒。
    8. 运行完成后,将紫外线照射到模型上以照亮染料。使用相机捕获条纹图像。
    9. 根据表 1 中列出的模型和重复步骤 1.

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Results

表 1 中列出的六个模型和条件的条纹流模式如下所示。对于 2D 楔块,在体上观察到均匀的流动模式,如图4所示,但表面畸形导致流分离的区域除外。当在12°时倾斜时,沿表面的流动向上偏转。当模型以 -12°为角度时,将镜像此效果。通常,所有情况都显示整个曲面的附着流,但表面畸形区域及其后除外。

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Application and Summary

利用表面染料流可视化,研究了超音速流中六个物体的条纹流模式。2D 和 3D 楔块上的流模式表明,尖端效应在确定表面流结构方面起着主导作用。在圆锥体上的流量被证明完全附着在±13°的偏转范围内。钝鼻模型是第一个在以 11°角偏转时显示清晰分离线的身体,在导弹的初始部分也观察到了这种模式。导弹翅片上的流动模式指示有趣的特征,如流分离和冲击形成。我们还推导出了在鳍的前缘形?...

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Concepts

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Performing Dye Flow Visualization in Supersonic Flow

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