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블러프 바디를 지나는 흐름의 시각화

Overview

출처: 리카르도 메지아 알바레즈, 후삼 히크마트 자바, 마흐무드 N. 압둘라티프, 기계 공학부, 미시간 주립 대학, 이스트 랜싱, MI

관제법의 비선형 특성으로 인해 유체 모션은 복잡한 흐름 패턴을 유도합니다. 이러한 패턴의 본질을 이해하는 것은 수세기 동안 강렬한 조사의 대상이되어 왔습니다. 개인용 컴퓨터와 슈퍼컴퓨터는 유체 흐름 패턴을 추론하는 데 광범위하게 사용되지만, 복잡한 형상 또는 매우 관성 흐름(예: 점성 저항을 지배하는 경우)에 대한 정확한 흐름 거동을 결정하기에는 여전히 부족합니다. 이를 염두에 두고, 이론및 계산 도구에 접근할 수 없는 흐름 정권과 기하학에 도달할 수 있는 흐름 패턴을 분명하게 만드는 수많은 실험 기술이 개발되었습니다.

이 데모는 절벽 몸 주위의 유체 흐름을 조사할 것입니다. 절벽 본체는 형상으로 인해 대부분의 표면에 분리된 흐름을 일으키는 오브젝트입니다. 이는 스트림에 정렬되어 유동 분리가 적은 에어포일과 같은 유선형 바디와 는 대조적입니다. 이 연구의 목적은 수소 기포를 유동 패턴을 시각화하는 방법으로 사용하는 것입니다. 수소 기포는 물에 전극을 침수하여 DC 전원을 사용하여 전해질을 통해 생성됩니다. 수소 기포는 음극에 형성되며, 이는 매우 미세한 와이어가 되어야 기포가 작게 유지되고 유체 움직임을 보다 효과적으로 추적할 수 있도록 합니다. 이 방법은 안정적이고 불안정한 라미나르 흐름에 적합하며 개체 주위의 흐름의 특성을 설명하는 기본 흐름 선을 기반으로 합니다. [1-3]

이 백서는 장비 및 설치에 대한 세부 정보를 포함하여 기술의 구현을 설명하는 데 중점을 둡니다. 이어서, 이 기술은 원형 실린더 주위의 흐름을 특성화하기 위해 두 가지 기본 흐름 선의 사용을 입증하는 데 사용된다. 이러한 흐름선은 흐름 속도 및 레이놀즈 수와 같은 몇 가지 중요한 흐름 매개 변수를 추정하고 흐름 패턴을 결정하는 데 사용됩니다.

Procedure

1. 거품의 연속 시트를 생산하려면 :

  1. 도 3에표시된 전기 다이어그램에 따라 장비를 설정합니다.
  2. 테스트 섹션의 하류 끝에 있는 물에서 양극을 수정합니다(참조용 그림 4 참조).
  3. 음극을 상류및 관심지점 근처에서 수정하여 흐름이 연구 대상에 도달하기 전에 기포를 스트림으로 방출합니다(참조용 그림 4 참조). 물은 두 전극 사이의 회로를 완료합니다.
  4. 유동 시설 켜기
  5. 주파수 컨트롤러의 다이얼을 배치 2로 설정합니다. 이렇게 하면 약 9x10-4 m3/s의유량을 설정합니다.
  6. DC 전원 공급 장치를 켜고 전압을 약 25 V까지 증가하면 전류가 약 190 mA로 설정됩니다.
  7. 신호 생성기의 파형을 정사각형 웨이브(기호:)로

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Results

도 2는 폰 카르마른 소용돌이 거리의 수소 버블 시각화의 두 가지 대표적인 결과를 나타낸다. 2(A)는 수소 버블 시트의 교란에 의해 입증된 줄무늬 필드의 예를 나타낸다. 이 이미지는 기계 단위에서 막대의 직경을 추출하는 데 사용됩니다. 그림2(B)는 타임라인 필드의 예를 보여 줍니다. 이 이미지는 접근...

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Application and Summary

이 연구에서는, 수소 기포의 사용은 원형 실린더 주위의 흐름의 심상에서 정성적 및 정량적 정보를 추출하는 것이 입증되었다. 이러한 실험에서 추출된 정량정보는 프리스트림 속도(), 소용돌이-흘리기 주파수(), 레이놀즈 번호(Re), 및 스트라우할 번호(St)를 포함하였다. 특히, St 대 Re의 결과는 이전 연구 [3]와 매우 좋은 ?...

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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

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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

9:07

Applications

10:07

Summary

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