Vidéo: Measuring Turbulent Flows Using Hot-Wire Anemometers

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Mesure des écoulements turbulents

Vue d'ensemble

Source : Ricardo Mejia-Alvarez et Hussam Hikmat Jabbar, département de génie mécanique, Michigan State University, East Lansing, MI

Écoulements turbulents présentent des fluctuations de très haute fréquence qui nécessitent des instruments à haute résolution-temps pour leur caractérisation appropriée. Fil chaud anémomètres ont une courte assez temps-réponse à satisfaire à cette exigence. Le but de cette expérience est de démontrer l’utilisation de fil chaud anémométrie pour caractériser un jet turbulent.

Dans cette expérience, un préalablement étalonné à fil chaud sonde servira à obtenir des mesures de la vitesse à différentes positions dans le jet. Enfin, nous allons démontrer une base analyse statistique des données pour caractériser le champ turbulent.

Procédure

Mesurez la largeur de la fente, Wet d’enregistrer cette valeur dans le tableau 1.
Définir le fil chaud Anémomètre à une distance de la sortie égale à x = 1,5W le long de la ligne médiane. Enregistrer cette position longitudinale dans le tableau 2. L’axe central est à l’origine de la coordination d’envergure (y = 0).
Démarrez le programme d’acquisition de données permettant de parcourir le jet. Définissez la fréquence d’échantillonnage à 500 Hz pour un total de 5000 échantillons (c'

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Résultats

La figure 5 illustre la distribution de vitesse moyenne à travers le jet vers le poste aval x = 3W. Et la Figure 6 montre la répartition de l’intensité de la turbulence dans le jet à la même position en aval. Tableau 3 a les résultats pour les valeurs locales d’intensité moyenne de vitesse et de la turbulence à la position longitudinale x = 3w. La dernière colonne de ce tableau est...

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Applications et Résumé

Cette expérience a démontré l’application de l’anémométrie pour caractériser les écoulements turbulents à fil chaud. Étant donné que la turbulence présente des fluctuations de vitesse haute fréquence, fil chaud anémomètres sont des instruments adéquats pour sa caractérisation en raison de leur haute résolution-temps. Dans cette optique, nous avons utilisé un calibré anémomètre pour caractériser l’intensité moyenne de la vitesse et la turbulence locale à différents postes au sein d’un jet ...

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References

Chapra, S.C. and R.P. Canale. Numerical methods for engineers. Vol. 2. New York: McGraw-Hill, 1998.
King, L.V. On the convection of heat from small cylinders in a stream of fluid: determination of the convection constants of small platinum wires with applications to hot-wire anemometry. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical or Physical Character 214 (1914): 373-432.
White, F. M. Fluid Mechanics, 7th ed., McGraw-Hill, 2009.
Munson, B.R., D.F. Young, T.H. Okiishi. Fundamentals of Fluid Mechanics. 5^th ed., Wiley, 2006.
Buckingham, E. Note on contraction coefficients of jets of gas. Journal of Research,6:765-775, 1931.

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Turbulent Flows Measurements Characterize Flow High Frequency Fluctuations Instrument Hot Wire Anemometer Velocity Turbulence Measurements Statistical Analysis Free Jet Random Fluctuations Flow Variables Coherent Motions Flow Field High Frequency Oscillations Average Value Average Velocity

Mesurez la largeur de la fente, Wet d’enregistrer cette valeur dans le tableau 1.
Définir le fil chaud Anémomètre à une distance de la sortie égale à x = 1,5W le long de la ligne médiane. Enregistrer cette position longitudinale dans le tableau 2. L’axe central est à l’origine de la coordination d’envergure (y = 0).
Démarrez le programme d’acquisition de données permettant de parcourir le jet. Définissez la fréquence d’échantillonnage à 500 Hz pour un total de 5000 échantillons (c'est-à-dire 10 s de données).
Enregistrer la position actuelle d’envergure de la fil chaud dans le tableau 3.
Acquisition de données.
Le système d’acquisition de données va calculer l’intensité moyenne de vitesse et de la turbulence de ce dataset à l’aide des équations (1) et (4).
Enregistrez ces deux valeurs dans le tableau 3.
Déplacer la hotwire à la prochaine position d’envergure (positive) ( mm).
Répétez les étapes 5 à 8 jusqu'à ce qu’il n’y a pas aucun changement notable sur la vitesse moyenne et l’intensité de la turbulence.
Déplacer le fil chaud vers la ligne médiane.
Déplacer la hotwire à la prochaine position d’envergure (négative) ( mm).
Acquisition de données.
Le système d’acquisition de données va calculer l’intensité moyenne de vitesse et de la turbulence de ce dataset à l’aide des équations (1) et (4).
Enregistrez ces deux valeurs dans le tableau 3.
Répétez les étapes 11 à 14 jusqu'à ce qu’il n’y a pas aucun changement notable sur la vitesse moyenne et l’intensité de la turbulence.
Déplacer le fil chaud vers l’axe du jet.
Déplacer le fil chaud le long de l’axe du jet en direction aval vers un nouvel emplacement (p. ex. x = 3W).
Répétez les étapes 4 à 17 pour les positions longitudinale autant que voulu (par exemple x = 1,5W, 3W, 6W, 9W).

Le tableau 1. Paramètres de base pour l’étude expérimentale.

Paramètre	Valeur
Largeur de fente (W)	pas de 19,05 mm
Masse volumique de l’air (r)	1,2 kg/m³
Constante d’étalonnage de capteur (m_p)	76,75 Pa/V
Étalonnage constante A	5.40369 V²
Constante de calibration B	2.30234 V²(m/s)^-0,65

Figure 4. Contrôle de flux dans le système d’écoulement. La pile au-dessus de l’Assemblée plénière a pour objectif de détourner l’eau de la fente de jet permettant de contrôler la vitesse à la sortie du jet. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

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0:07

Overview

1:05

Principles of Measuring Turbulent Flows

4:03

Protocol

6:42

Analysis and Results

8:13

Applications

9:46

Summary

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