Visualisierung der Strömungen um einen Körper

Überblick

Quelle: Ricardo Mejia-Alvarez, Hussam Hikmat Jabbar und Mahmoud N. Abdullatif, Department of Mechanical Engineering, Michigan State University, East Lansing, MI

Aufgrund der nichtlinearen Natur seiner regierenden Gesetze induziert flüssigen Bewegung komplizierte Strömungsmuster. Das Verständnis der Natur dieser Muster ist seit Jahrhunderten Gegenstand intensiver Beobachtung. Obwohl PCs und Supercomputern ausgiebig Flüssigkeitsströmung Muster abzuleiten verwendet werden, sind ihre Fähigkeiten noch nicht ausreichen, um das genaue Fließverhalten für komplexe Geometrien oder sehr träge fließt zu bestimmen (z. B. Wenn Dynamik dominiert über zähflüssige Widerstand). Vor diesem Hintergrund, eine Vielzahl von experimentellen Techniken zu fließen, die Muster deutlich entwickelt wurden, die Strömung Regime und Geometrien unzugänglich für theoretische und computergestützte Werkzeuge erreichen können.

Diese Demonstration wird Strömung um einen bluff Körper untersuchen. Ein Störkörpers ist ein Objekt, dass wegen seiner Form Ursachen über den größten Teil seiner Oberfläche getrennt. Dies steht im Gegensatz zu einen stromlinienförmigen Körper, wie eine Tragfläche, die orientiert sich im Stream und verursacht weniger Strömungsablösung. Der Zweck dieser Studie ist, Wasserstoff Luftblasen als eine Methode zur Visualisierung von Fließstrukturen zu verwenden. Die Wasserstoff-Bläschen entstehen per Elektrolyse mit einer DC-Stromquelle durch seine Elektroden in das Wasser eintauchen. Wasserstoff Luftblasen sind in der negativen Elektrode gebildet, die einen sehr dünnen Draht um sicherzustellen, dass die Bläschen klein bleiben und flüssigen Bewegung effektiver verfolgen muss. Diese Methode eignet sich für stetige und unsicher laminare Strömungen und basiert auf der grundlegenden Flow-Linien, die die Art der Strömung um Objekte zu beschreiben. [1-3]

Dieser Beitrag konzentriert sich auf beschreibt die Umsetzung der Technik, einschließlich Details über die Ausrüstung und die Installation. Dann ist die Technik verwendet, um die Verwendung von zwei Grundlagen-Flow-Linien charakterisieren die Umströmung ein Kreiszylinder zu demonstrieren. Diese Fließlinien werden verwendet, um einige wichtige Parameter wie Strömungsgeschwindigkeit und die Reynolds-Zahl zu schätzen und Strömungsmuster bestimmen.

Verfahren

(1), eine kontinuierliche Blatt Blasen zu produzieren:

  1. Setzen Sie das Gerät entsprechend den Schaltplan in Abbildung 3dargestellt.
  2. Die positive Elektrode im Wasser stromabwärts Ende der Messstrecke zu beheben (siehe Abbildung 4 als Referenz).
  3. Die negative Elektrode zu beheben, vor- und in der Nähe der Sehenswürdigkeit, die Luftblasen in den Stream freizugeben, bevor der Fluss das Objekt der Untersuchung erreicht (siehe

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Ergebnisse

Abbildung 2 zeigt zwei repräsentative Ergebnisse der Wasserstoff Blase Visualisierung von einem Wirbel Von Kármàn Straße. Abbildung 2 (A) zeigt ein Beispiel für ein Feld von Streichlinien wie durch Störungen in der Wasserstoff-Blase-Blatt. Dieses Bild wird verwendet, um den Durchmesser des Stabes in Maschineneinheiten zu extrahieren. Abbildung 2 (B) zeigt ein Beispiel für ein Feld von Zeitlini...

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Anwendung und Zusammenfassung

In dieser Studie zeigte sich die Verwendung von Wasserstoff Luftblasen, um qualitative und quantitative Informationen aus Bildern der Umströmung ein Kreiszylinder zu extrahieren. Die quantitative Informationen aus diesen Experimenten inklusive gratis-Stream Geschwindigkeit (), Vortex-Ausscheidung Frequenz (), Reynolds-Zahl (Re) und der Strouhal-Zahl (St). Insbesondere stellte die Ergebnisse für St Vs Re sehr guten Übere...

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Referenzen
  1. Zöllner, F. Leonardo da Vinci 1452-1519: sketches and drawings, Taschen, 2004.
  2. White, F. M. Fluid Mechanics, 7th ed., McGraw-Hill, 2009.
  3. Adrian, Ronald J., and Jerry Westerweel. Particle Image Velocimetry. Cambridge University Press, 2011.
  4. Gerrard, J. H., The wakes of cylindrical bluff bodies at low Reynolds number, Phil. Trans. Roy. Soc. (London) Ser. A, Vol. 288, No. 1354, pp. 351-382 (1978)
  5. Coutanceau, M. and Bouard, R., Experimental determination of the viscous flow in the wake of a circular cylinder in uniform translation. Part 1. Steady flow, J. Fluid Mech., Vol. 79, Part 2, pp. 231-256 (1977)
  6. Kovásznay, L. S. G., Hot-wire investigation of the wake behind cylinders at low Reynolds numbers, Proc. Roy. Soc. (London) Ser. A, Vol. 198, pp. 174-190 (1949)
  7. Fey, U., M. König, and H. Eckelmann. A new Strouhal-Reynolds-number relationship for the circular cylinder in the range . Physics of Fluids, 10(7):1547, 1998.
  8. Maas, H.-G., A. Grün, and D. Papantoniou. Particle Tracking in three dimensional turbulent flows - Part I: Photogrammetric determination of particle coordinates. Experiments in Fluids Vol. 15, pp. 133-146, 1993.
  9. Malik, N., T. Dracos, and D. Papantoniou Particle Tracking in three dimensional turbulent flows - Part II: Particle tracking. Experiments in Fluids Vol. 15, pp. 279-294, 1993.
  10. Tropea, C., A.L. Yarin, and J.F. Foss. Springer Handbook of Experimental Fluid Mechanics. Vol. 1. Springer Science & Business Media, 2007.
  11. Monaghan, J. J., and J. B. Kajtar. Leonardo da Vinci's turbulent tank in two dimensions. European Journal of Mechanics-B/Fluids. 44:1-9, 2014.
  12. Becker, H.A. Dimensionless parameters: theory and methodology. Wiley, 1976.
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Flow VisualizationBluff BodyFlow PatternsVortex SheddingSeparationCircular CylinderBoundary LayerWakeVorticesLow PressureVon Karman Vortex StreetReynolds Number

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0:07

Overview

0:55

Principles of Flow Separation

4:21

Producing Bubbles and Timelines in the Flow Facility

5:57

Setting up the Bluff Body

6:41

Studying and Analyzing the Von Karman Vortex Street

8:02

Representative Results

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Applications

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