Source : Jose Roberto Moreto, Jaime Dorado, et Xiaofeng Liu, Department of Aerospace Engineering, San Diego State University, San Diego, Californie

Une couche limite est une région à écoulement mince immédiatement adjacente à la surface d'un corps solide immergé dans le champ d'écoulement. Dans cette région, les effets visqueux, tels que le stress visqueux de cisaillement, dominent, et le flux est retardé en raison de l'influence de la friction entre le fluide et la surface solide. En dehors de la couche limite, le débit est inviscide, c'est-à-dire qu'il n'y a pas d'effets dissipatifs dus à la friction, à la conduction thermique ou à la diffusion de masse.

Le concept de couche limite a été introduit par Ludwig Prandtl en 1904, ce qui permet une simplification significative de l'équation Navier-Stokes (NS) pour le traitement du flux sur un corps solide. À l'intérieur de la couche limite, l'équation NS est réduite à l'équation de la couche limite, tandis qu'à l'extérieur de la couche limite, le flux peut être décrit par l'équation Euler, qui est une version simplifiée de l'équation NS.

Figure 1. Développement de la couche de délimitation sur une plaque plate.

Le cas le plus simple pour le développement de la couche limite se produit sur une plaque plate à l'angle zéro de l'incidence. Lorsque l'on considère le développement de la couche limite sur une plaque plate, la vitesse à l'extérieur de la couche limite est constante de sorte que le gradient de pression le long du mur est considéré comme nul.

La couche limite, qui se développe naturellement sur une surface solide du corps, subit généralement les étapes suivantes : premièrement, l'état de la couche limite laminaire; deuxièmement, l'état de transition, et troisièmement, l'état de la couche limite turbulente. Chaque état a sa propre loi décrivant la structure d'écoulement de la couche limite.

La recherche sur le développement et la structure de la couche limite est d'une grande importance pour l'étude théorique et les applications pratiques. Par exemple, la théorie des couches limites est la base pour calculer la traînée de frottement de la peau sur les navires, les aéronefs et les pales des turbomachines. La traînée de frottement de peau est créée sur la surface du corps dans la couche limite et est due au stress visqueux de cisaillement exercé sur la surface par des particules fluides en contact direct avec elle. Le frottement de la peau est proportionnel à la viscosité fluide et au gradient de vitesse local à la surface dans la direction normale de surface. La traînée de frottement de peau est présente sur toute la surface, de sorte qu'elle devient significative sur de grandes surfaces, comme une aile d'avion. En outre, le flux de fluide turbulent crée plus de traînée de frottement de peau. Le mouvement du fluide macro-turbulent améliore le transfert d'élan à l'intérieur de la couche limite en amenant les particules fluides avec un élan élevé à la surface.

Cette démonstration se concentre sur la couche limite turbulente au-dessus d'une plaque plate, dans laquelle le flux est irrégulier, comme dans le mélange ou l'édile, et les fluctuations sont superposées sur le débit moyen. Ainsi, la vitesse à n'importe quel point dans une couche limite turbulente est fonction du temps. Dans cette démonstration, l'anémoderie constante de fil chaud de température, ou CTA, sera employée pour effectuer un relevé de couche limite. Ensuite, la méthode clauser graphique sera utilisé pour calculer le coefficient de frottement de la peau dans une couche limite turbulente.

1. Détermination dynamique de réponse du système de câble chaud

Le but de cette procédure est de comprendre à quelle vitesse le système d'anémomètre peut répondre aux changements de signal d'écoulement. Cette capacité est mesurée en mesurant la réponse de fréquence lorsque le signal s'allume et s'éteint en appliquant une onde carrée.

1. Fixer la sonde de fil chaud du système CTA à l'intérieur d'une soufflerie à l'aide d'un puits de soutien.
2. Configurez une alim

L'ACT a été calibré dans la section 2 du protocole en mesurant la tension du fil chaud à différentes vitesses d'air. Ces données ont ensuite été utilisées pour déterminer la relation mathématique entre la variable mesurée, la tension et la variable indirecte, la vitesse de l'air. Il existe de nombreuses approches pour adapter les données expérimentales aux relations mathématiques pour la vitesse, dont plusieurs sont couvertes dans l'annexe. Une fois que la relation mathéma...

La démonstration montre comment utiliser l'anémoderie à température constante, un outil puissant utilisé pour étudier le flux turbulent sur une surface, qui dans ce cas spécifique était une plaque plate. Cette méthode est plus simple et moins coûteuse que d'autres méthodes, telles que PIV, PTV, et LDV, et elle fournit une résolution temporelle élevée. L'application de l'anémoderie de fil chaud à une couche limite turbulente fournit une approche rentable et pratique pour démontrer le comportement des flux...