出典:ホセ・ロベルト・モレト、ジェイミー・ドラド、サンディエゴ州立大学航空宇宙工学科、サンディエゴ、カリフォルニア州

境界層は、流れ場に浸漬された固体体の表面に直ちに隣接する薄い流れ領域である。この領域では、粘性せん断応力などの粘性効果が支配し、流体と固体表面との摩擦の影響により流れが遅れる。境界層の外側では、流れがインビシッドされ、すなわち、摩擦、熱伝導または質量拡散による散逸効果がない。

境界層の概念は1904年にルートヴィヒ・プラントルによって導入され、固体上の流れの処理のためのナビエ・ストークス(NS)方程式への大幅な簡素化を可能にした。境界層の内部では、NS方程式は境界層方程式に縮小され、境界層の外側では、NS方程式の簡略化されたバージョンであるオイラー方程式によって流れを記述できます。

図 1.平らな板の上の境界層の開発。

境界層の開発の最も単純なケースは、入射角 0 の平らなプレート上で発生します。平坦なプレート上の境界層の発達を考慮すると、境界層の外側の速度は一定であり、壁に沿った圧力勾配はゼロと見なされます。

固体ボディ表面上で自然に発達する境界層は、通常、次の段階を経る:最初に、層境界層の状態。2 つ目は、遷移状態、3 つ目は乱流境界レイヤーの状態です。各州には、境界レイヤーの流れ構造を記述する独自の法則があります。

境界層の開発と構造に関する研究は、理論的研究と実用化の両方にとって非常に重要です。たとえば、境界層理論は、船舶、航空機、ターボマシンのブレード上の皮膚摩擦ドラッグを計算するための基礎です。皮膚摩擦ドラッグは、境界層内のボディ表面に作成され、それに直接接触する流体粒子を介して表面に加えられる粘性せん断応力によるものです。皮膚摩擦は、流体粘度とサーフェスの局所速度勾配に比例します。皮膚摩擦ドラッグは、表面全体に存在するため、航空機の翼などの大きな領域で重要になります。さらに、乱流流体の流れは、より多くの皮膚摩擦ドラッグを作成します。マクロ乱流流体運動は、高い運動量を持つ流体粒子をサーフェスに持ち込むことにより、境界層内のモメンタム移動を強化します。

このデモでは、混合や加調など、流れが不規則な平坦なプレート上の乱流境界層に焦点を当て、平均流れに変動が重なり合います。したがって、乱流境界層の任意の点の速度は時間の関数です。このデモンストレーションでは、一定温度のホットワイヤ麻酔(CTA)を使用して境界層調査を行います。次に、クラウザー チャート法を使用して、乱流境界層のスキン摩擦係数を計算します。

1. ホットワイヤシステムの動的応答決定

この手順の目的は、向間計システムがフロー信号の変化に応答する速度を理解することです。この機能は、正方形の波を適用して信号のオンとオフを切り取ったときの周波数応答を測定することによって測定されます。

1. サポートシャフトを使用して、風洞内のCTAシステムのホットワイヤプローブを固定します。
2. DC電源、信号発生器、オシロスコープをセットアップし、図2(a)に示すように接続します。信号発生器はホイートストーン橋に正方形波入力を供給し、出力波形はオシロスコープで可視化されます。
3. ホットワイヤ電源、オシロスコープ、信号発生器をオンにします。
4. 150 mVの振幅と10 kHzの周波数で正方形の波を出力する信号発生器を設定します。
5. オシロスコープの出力信号を観察し、出力波形式の周波数と振幅が正しいことを確認します。
6. テストセクションを閉じ、シリアルポートを差し込みます。風洞をオンにし、対気速度を時速 40

CTAは、異なる空気速度でホットワイヤの電圧を測定することにより、プロトコルのセクション2で校正されました。このデータを使用して、測定変数、電圧、および間接変数、対気速度の間の数学的関係を決定しました。実験データを速度の数学的関係に適合させる方法は多数あり、そのうちのいくつかは付録で説明されています。数学的関係が決定された後、速度は...

このデモンストレーションでは、一定の温度麻酔を使用する方法を示します。この方法は、PIV、PTV、LDV などの他の方法よりもシンプルで安価であり、高い時間分解能を提供します。ホットワイヤアネモテトリーを乱流境界層に適用すると、乱流の挙動を実証するためのコスト効率に優れた実践的なアプローチが提供されます。

一定温度麻酔は多数の適用を有する。この?...