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Flusso cilindrico incrociato: misurazione della distribuzione della pressione e stima dei coefficienti di resistenza

Overview

Fonte: David Guo, College of Engineering, Technology, and Aeronautics (CETA), Southern New Hampshire University (SNHU), Manchester, New Hampshire

Le distribuzioni di pressione e le stime di resistenza per il flusso cilindrico incrociato sono state studiate per secoli. Secondo la teoria del flusso potenziale inviscido ideale, la distribuzione della pressione attorno a un cilindro è verticalmente simmetrica. Anche la distribuzione della pressione a monte e a valle del cilindro è simmetrica, il che si traduce in una forza di resistenza netta zero. Tuttavia, i risultati sperimentali producono modelli di flusso, distribuzioni di pressione e coefficienti di resistenza molto diversi. Questo perché la teoria del potenziale inviscido ideale presuppone un flusso irrotazionale, il che significa che la viscosità non viene considerata o presa in considerazione quando si determina il modello di flusso. Questo differisce significativamente dalla realtà.

In questa dimostrazione, una galleria del vento viene utilizzata per generare una velocità dell'aria specificata e un cilindro con 24 porte di pressione viene utilizzato per raccogliere i dati di distribuzione della pressione. Questa dimostrazione illustra come la pressione di un fluido reale che scorre attorno a un cilindro circolare differisca dai risultati previsti in base al flusso potenziale di un fluido idealizzato. Anche il coefficiente di resistenza aerodinamica sarà stimato e confrontato con il valore previsto.

Procedure

1. Misurare la distribuzione della pressione attorno a un cilindro

  1. Rimuovere il coperchio superiore della sezione di prova di una galleria del vento e montare un cilindro di alluminio pulito (d = 4 pollici) con 24 porte integrate su un giradischi (Figura 3). Installare il cilindro in modo che la porta zero sia rivolta a monte (Figura 4a).
  2. Sostituire il coperchio superiore e collegare i 24 tubi di pressione etichettati 0 - 23

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Results

I risultati sperimentali per il cilindro pulito e disturbato sono mostrati rispettivamente nelle tabelle 1 e 2. I dati possono essere tracciati in un grafico del coefficiente di pressione, Cp, contro posizione angolare, θ, per il flusso ideale e reale come mostrato in Figura 6.

Porta di p.

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Application and Summary

Il flusso cilindrico incrociato è stato studiato teoricamente e sperimentalmente dal 18 ° secolo. Trovare le discrepanze tra i due ci consente di espandere la nostra comprensione della fluidodinamica ed esplorare nuove metodologie. La teoria del flusso dello strato limite è stata sviluppata da Prandtl [3] all'inizio del 20 ° secolo, ed è un buon esempio dell'estensione del flusso inviscido alla teoria del flusso viscido nella risoluzione del paradosso di D'Alembert.

In questo esperimento,...

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References
  1. d'Alembert, Jean le Rond (1752), Essai d'une nouvelle théorie de la résistance des fluides
  2. John D. Anderson (2017), Fundamentals of Aerodynamics, 6th Edition, ISBN: 978-1-259-12991-9, McGraw-Hill
  3. Prandtl, Ludwig (1904), Motion of fluids with very little viscosity, 452, NACA Technical Memorandum
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Measuring the Pressure Distribution Around a Cylinder

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