הדמיה של זרימה בעבר גוף בלוף

Overview

מקור: ריקרדו מג'יה-אלווארז, חוסאם היקמט ג'באר ומחמוד נ. עבדולטיף, המחלקה להנדסת מכונות, אוניברסיטת מישיגן סטייט, מזרח לנסינג, MI

בשל האופי הלא ליניארי של החוקים השולטים בו, תנועה זורמת תורמת לדפוסי זרימה מסובכים. הבנת טבעם של דפוסים אלה הייתה נושא לבחינה קפדנית במשך מאות שנים. למרות שמחשבים אישיים ומחשבי-על משמשים רבות להסיק דפוסי זרימת נוזלים, היכולות שלהם עדיין אינן מספיקות כדי לקבוע את התנהגות הזרימה המדויקת לגיאומטריות מורכבות או זרימות אינרציאליות מאוד (למשל כאשר המומנטום שולט על התנגדות צמיגה). לאור זאת, פותחו שפע של טכניקות ניסיוניות להגייה של דפוסי זרימה שיכולים להגיע למשטרי זרימה וגיאומטריות שאינם נגישים לכלים תיאורטיים וחישוביים.

הדגמה זו תחקור זרימת נוזלים סביב גוף בלוף. גוף בלוף הוא אובייקט שבשל צורתו גורם לזרימה מופרדת על פני רוב פני השטח שלו. זאת בניגוד לגוף יעיל, כמו חיל אוויר, אשר מיושר בנחל וגורם פחות הפרדת זרימה. מטרת המחקר היא להשתמש בבועות מימן כשיטה להדמיית דפוסי זרימה. בועות המימן מיוצרות באמצעות אלקטרוליזה באמצעות מקור כוח DC על ידי טביעת האלקטרודות שלה במים. בועות מימן נוצרות באלקטרודה השלילית, אשר צריך להיות חוט עדין מאוד כדי להבטיח כי הבועות להישאר קטן ולעקוב אחר תנועת נוזלים בצורה יעילה יותר. שיטה זו מתאימה לזרימות למינאר יציבות ולא יציבות, ומבוססת על קווי הזרימה הבסיסיים המתארים את אופי הזרימה סביב עצמים. [1-3]

מאמר זה מתמקד בתיאור יישום הטכניקה, לרבות פרטים על הציוד והתקנתו. לאחר מכן, הטכניקה משמשת כדי להדגים את השימוש בשני קווי זרימה בסיסיים כדי לאפיין את הזרימה סביב גליל עגול. קווי זרימה אלה משמשים להערכת כמה פרמטרי זרימה חשובים כמו מהירות זרימה ומספר ריינולדס, ולקבוע דפוסי זרימה.

Procedure

1. כדי לייצר גיליון רציף של בועות:

  1. הגדר את הציוד בהתאם לדיאגרמה החשמלית המוצגת באיור 3.
  2. תקן את האלקטרודה החיובית במים בקצה הזרם של מקטע הבדיקה (ראו איור 4 לעיון).
  3. תקן את האלקטרודה השלילית במעלה הזרם ובסמוך לנקודת העניין כדי לשחרר את הבועות לזרם לפני שהזרימה מגיעה למושא המחקר (ראו איור 4 לעיון). המים משלימים את המעגל בין שתי האלקטרודות.
  4. הפעלת מתקן הזרימה
  5. הגדר את לוח המחוגות של בקר התד

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Results

איור 2 מציג שתי תוצאות מייצגות של הדמיית בועת מימן של רחוב מערבולת פון קרמן. איור 2(A) מציג דוגמה לשדה של פסים כפי שמעידות הפרעות בגליון בועת המימן. תמונה זו משמשת לחילוץ קוטר המוט ביחידות מכונה. איור 2(B) מציג דוגמה לשדה של ציר?...

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Application and Summary

במחקר זה, השימוש בבועות מימן הוכח כדי לחלץ מידע איכותי וכמותי מתמונות של זרימה סביב גליל עגול. המידע הכמותי שחולץ מניסויים אלה כלל את מהירות הזרם החופשי ( ), תדר שפיכת מערבולות ( ), מספר ריינולדס (Re) ומספר סטרוהאל (St). בפרט, התוצאות עבור St vs...

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

References
  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.
Tags
Flow VisualizationBluff BodyFlow PatternsVortex SheddingSeparationCircular CylinderBoundary LayerWakeVorticesLow PressureVon Karman Vortex StreetReynolds Number

Skip to...

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

9:07

Applications

10:07

Summary

Videos from this collection:

article

Now Playing

הדמיה של זרימה בעבר גוף בלוף

Mechanical Engineering

11.1K Views

article

ציפה וגרירה על גופים שקועים

Mechanical Engineering

29.6K Views

article

יציבות של כלי שיט צפים

Mechanical Engineering

22.0K Views

article

הנעה ודחף

Mechanical Engineering

20.7K Views

article

רשתות צנרת והפסדי לחץ

Mechanical Engineering

57.5K Views

article

מרווה ומרתיח

Mechanical Engineering

7.7K Views

article

קפיצות הידראוליות

Mechanical Engineering

40.7K Views

article

ניתוח מחליף חום

Mechanical Engineering

27.9K Views

article

מבוא לקירור

Mechanical Engineering

24.5K Views

article

שושנת ים של חוט חם

Mechanical Engineering

15.5K Views

article

מדידת זרמים סוערים

Mechanical Engineering

13.4K Views

article

ג'ט פוגע בלוח נוטה

Mechanical Engineering

10.7K Views

article

שימור הגישה האנרגטית לניתוח מערכות

Mechanical Engineering

7.2K Views

article

מדידות של שימור המוני וקצב זרימה

Mechanical Engineering

22.5K Views

article

קביעת כוחות מניעה על לוח שטוח בשיטת אמצעי האחסון של הפקד

Mechanical Engineering

25.9K Views

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved