Name: experimental investigation of the flow structure over a delta wing via flow visualization methods
Uploaded: 2018-04-23T15:00:00
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著者は香港研究助成評議会 (no を感謝したい.GRF526913)、香港の技術革新と技術委員会 (いいえ。ITS/334/15FP)、および米国のオフィスの海軍研究のグローバル (いいえ。N00014-16-1-2161) の金融支援。

1. 風洞セットアップ
<ol><li>デルタ翼モデル
	<ol>
<li>75 ° のスイープ角度φで弦長c 280 mm、150 mm のルート スパンb 5 mm の厚さのアルミニウムからデルタ翼モデルを構築します。両方の縁を分離点17の修正に 35 ° で面取りがある (図 1a参照)。</li>
	</ol></li>
	<li>風洞実験施設
	<ol>
<li>2.4 m (長さ) × 0.6 m (幅) × 0.6 m (?...

<ol>
	<li>Smits, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Flow visualization: Techniques and examples. , (2012).</li><li>Barlow, J. B., Rae, W. H., Pope, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Low-speed wind tunnel testing. , (1999).</li><li>Merzkirch, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Flow visualization. , (1987).</li><li>Raffel, M., Willert, C. E., Wereley, S., Kompenhans, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Particle image velocimetry: A practical guide. , (2007).</li><li>Westerweel, J., Elsinga, G. E., Adrian, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle+Image+Velocimetry+for+Complex+and+Turbulent+Flows.">Particle Image Velocimetry for Complex and Turbulent Flows.</a> Annu Rev Fluid Mech. 45 (1), 409-436 (2013).</li><li>Meinhart, C. D., Wereley, S. T., Santiago, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PIV+measurements+of+a+microchannel+flow.">PIV measurements of a microchannel flow.</a> Exp Fluids. 27 (5), 414-419 (1999).</li><li>Gursul, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+unsteady+vortex+flows+over+slender+delta+wings.">Review of unsteady vortex flows over slender delta wings.</a> J Aircraft. 42 (2), 299-319 (2005).</li><li>Gursul, I., Gordnier, R., Visbal, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unsteady+aerodynamics+of+nonslender+delta+wings.">Unsteady aerodynamics of nonslender delta wings.</a> Prog Aerosp Sci. 41 (7), 515-557 (2005).</li><li>Lowson, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Some+experiments+with+vortex+breakdown.">Some experiments with vortex breakdown.</a> JRoy Aeronaut Soc. 68, 343-346 (1964).</li><li>Payne, F. M., Ng, T., Nelson, R. C., Schiff, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+and+wake+surveys+of+vortical+flow+over+a+delta+wing.">Visualization and wake surveys of vortical flow over a delta wing.</a> AIAA J. 26 (2), 137-143 (1988).</li><li>Lowson, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+three+dimensional+vortex+sheet+structure+on+delta+wings.">The three dimensional vortex sheet structure on delta wings.</a> Fluid Dynamics of Three-Dimensional Turbulent Shear Flows and Transition. , 11.11-11.16 (1989).</li><li>Riley, A. J., Lowson, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+three-dimensional+free+shear+layer.">Development of a three-dimensional free shear layer.</a> J Fluid Mech. 369, 49-89 (1998).</li><li>Menke, M., Gursul, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unsteady+nature+of+leading+edge+vortices.">Unsteady nature of leading edge vortices.</a> Phys Fluids. 9 (10), 2960 (1997).</li><li>Yayla, S., Canpolat, C., Sahin, B., Akilli, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Yaw+angle+effect+on+flow+structure+over+the+nonslender+diamond+wing.">Yaw angle effect on flow structure over the nonslender diamond wing.</a> AIAA J. 48 (10), 2457-2461 (2010).</li><li>Menke, M., Gursul, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonlinear+response+of+vortex+breakdown+over+a+pitching+delta+Wing.">Nonlinear response of vortex breakdown over a pitching delta Wing.</a> J Aircraft. 36 (3), 496-500 (1999).</li><li>Sahin, B., Yayla, S., Canpolat, C., Akilli, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow+structure+over+the+yawed+nonslender+diamond+wing.">Flow structure over the yawed nonslender diamond wing.</a> Aerosp Sci Technol. 23 (1), 108-119 (2012).</li><li>Kohlman, D. L., Wentz, J. W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vortex+breakdown+on+slender+sharp-edged+wings.">Vortex breakdown on slender sharp-edged wings.</a> J Aircraft. 8 (3), 156-161 (1971).</li><li>Lu, L., Sick, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-speed+Particle+Image+Velocimetry+Near+Surfaces.">High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces.</a> J Vis Exp. (76), e50559 (2013).</li><li>Mitchell, A. M., Barberis, D., Molton, P., D&#233;lery, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oscillation+of+Vortex+Breakdown+Location+and+Blowing+Control+of+Time-Averaged+Location.">Oscillation of Vortex Breakdown Location and Blowing Control of Time-Averaged Location.</a> AIAA J. 38 (5), 793-803 (2000).</li><li>Shen, L., Wen, C. -. y., Chen, H. -. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Asymmetric+Flow+Control+on+a+Delta+Wing+with+Dielectric+Barrier+Discharge+Actuators.">Asymmetric Flow Control on a Delta Wing with Dielectric Barrier Discharge Actuators.</a> AIAA J. 54 (2), 652-658 (2016).</li><li>Leibovich, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Structure+of+Vortex+Breakdown.">The Structure of Vortex Breakdown.</a> Annu Rev Fluid Mech. 10 (1), 221-246 (1978).</li><li>Mitchell, A. M., Molton, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vortical+Substructures+in+the+Shear+Layers+Forming+Leading-Edge+Vortices.">Vortical Substructures in the Shear Layers Forming Leading-Edge Vortices.</a> AIAA J. 40 (8), 1689-1692 (2002).</li><li>Gad-El-Hak, M., Blackwelder, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+discrete+vortices+from+a+delta+wing.">The discrete vortices from a delta wing.</a> AIAA J. 23 (6), 961-962 (1985).</li><li>Zhou, J., Adrian, R. J., Balachandar, S., Kendall, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+for+generating+coherent+packets+of+hairpin+vortices+in+channel+flow.">Mechanisms for generating coherent packets of hairpin vortices in channel flow.</a> J. Fluid Mech. 387, 353-396 (1999).</li><li>Adrian, R. J., Christensen, K. T., Liu, Z. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+and+interpretation+of+instantaneous+turbulent+velocity+fields.">Analysis and interpretation of instantaneous turbulent velocity fields.</a> Exp Fluids. 29 (3), 275-290 (2000).</li><li>Yoda, M., Hesselink, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+three-dimensional+visualization+technique+applied+to+flow+around+a+delta+wing.">A three-dimensional visualization technique applied to flow around a delta wing.</a> Exp. Fluids. 10 (2-3), (1990).</li><li>Greenwell, D. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> RTO AVT Symposium. , (2001).</li><li>Furman, A., Breitsamter, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Turbulent+and+unsteady+flow+characteristics+of+delta+wing+vortex+systems.">Turbulent and unsteady flow characteristics of delta wing vortex systems.</a> Aerosp Sci Technol. 24 (1), 32-44 (2013).</li><li>Wang, C., Gao, Q., Wei, R., Li, T., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+flow+visualization+and+tomographic+particle+image+velocimetry+for+vortex+breakdown+over+a+non-slender+delta+wing.">3D flow visualization and tomographic particle image velocimetry for vortex breakdown over a non-slender delta wing.</a> Exp Fluids. 57 (6), (2016).</li></ol>

この記事は、2 つの流れの可視化手法、改善された煙の流れの可視化と PIV 計測、定性的・定量的デルタ翼上の流れ構造を調査するを示します。実験の一般的な手順がステップバイ ステップで説明します。これらの 2 つの方法の設定は、関連するデバイスが異なるほぼ同じです。これらの 2 つの流れの可視化手法の基本原理は、レーザー シートを介して流における粒子を照らすためです。改?...

可視化技術による流場計測、流体工学の基本的な手法です。異なる可視化技術の中でスモーク ワイヤ流れの可視化風洞実験と水槽実験で染料の可視化、質的フロー構造を説明するために最も広く使用されています。PIV レーザー ドップラー計 (LDA) は、2 つの標準的な定量的方法1.
スモーク ワイヤ流れの可視化、煙 streaklines を電熱線で油滴から生成、実験中に外側の煙の発電機/コンテナーから注入します。ハイパワー ライトまたはレーザー シートは、煙の streaklines を照らすに使用されます。画像はさらに分析のために記録されます。これは非常に役に立つ流れ可視化方法2が簡単です。ただし、この手法の有効性は、煙の線、複雑な三次元流れ場、流れの比較的高い速度と煙の発生3の効率の期間が短いなどの様々 な要因によって限定されます。
PIV 計測に混入粒子流れの断面はレーザー シートに照らされた、この断面内の粒子のインスタント位置が高速カメラで撮影されました。非常に小さな時間間隔内で画像のペアが記録されます。画像を尋問エリアのグリッドに分割し、相互相関関数による尋問エリアの粒子の平均運動を計算する、この観測断面で瞬時速度ベクトル マップを得ることが。ただし、観測窓、速度地図、平面直交速度、画像のペア間の時間間隔で速度マグニチュードの解像度のサイズなどの要因のための妥協に到達する必要があることをまた知られています。大きさと粒子密度4。したがって、多くの予備的実験は、実験の設定を最適化するために必要かもしれない。高価なと PIV 計測だけで5,6の未知の複雑な流れを調査する時間がかかるでしょう。上記の懸念を考慮した煙の流れの可視化・ PIV 計測を結合するための戦略を提案し、細長いデルタ翼の複雑な流れを研究に紹介します。
レフ流れデルタ翼の数多くの研究は、実施7、8流れの可視化技術の主要なツールとして使用されています。多くの興味深い流れ現象がみ: スパイラル タイプと泡タイプ渦故障9,10, 非定常せん断層構造11,12、レフ内訳場所13 の振動、ピッチングとヨーイングの効果角度14,,1516でフロー構造にしています。ただし、デルタ翼の流れのいくつかの非定常現象の基になるメカニズムは、不明7残ります。この作品ではスモーク ワイヤの代わりに、PIV 計測で使用される同じシード粒子を用いた煙の流れの可視化を改善する.この改善は大幅可視化の操作を簡素化し、画像の品質を向上させます。PIV 計測改良された煙の流れの可視化から結果に基づき, 定量的情報の獲得に興味のそれらの流れに焦点を当てください。
ここでは、詳細な説明は、風洞実験で流れの可視化実験を実施してデルタ翼の非定常流動現象を調査する方法について説明に提供されます。改良された煙の流れの可視化と PIV 計測の 2 つの可視化方法は、この実験で一緒に使用されます。プロシージャには、デバイスの設定とパラメーターの調整のステップ バイ ステップ ガイドが含まれています。典型的な結果は、時空間の複雑な流れ場を測定するためのこれらの 2 つの方法を組み合わせることの利点を示します。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>532 nm Nd:YAG laser</td>
			<td>Quantel Laser</td>
			<td>Evergreen 600mJ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High speed camera</td>
			<td>Dantec Dynamic</td>
			<td>HiSense 4M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>camera lens</td>
			<td>Tamron</td>
			<td>SP AF180mm F/3.5 Di</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PIV recording and processing software</td>
			<td>Dantec Dynamic</td>
			<td>DynamicStudio</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cylindrical lens</td>
			<td>Newport</td>
			<td></td>
			<td>&#934;=12 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>convex lens</td>
			<td>Newport</td>
			<td></td>
			<td>f=700 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>neutral density filter</td>
			<td>Newport</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calibration target</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>aerosol generator</td>
			<td>TSI</td>
			<td>TSI 9307-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PULSE GENERATOR</td>
			<td>Berkeley Nucleonics Corp</td>
			<td>BNC 575</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>continuous laser</td>
			<td></td>
			<td>APGL-FN-532-1W</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital camera</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>Nikon D5200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Image processing</td>
			<td>Matlab</td>
			<td></td>
			<td>custom code</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>wind tunnel support</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>laser level</td>
			<td>BOSCH</td>
			<td>GLL3-15X</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>angle meter</td>
			<td>BOSCH</td>
			<td>GAM220</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

experimental investigation of the flow structure over a delta wing via flow visualization methods

デルタ翼上の流れ場は一対のカウンター回転前縁渦 (レフ) によって支配されることが知られています。しかし、そのメカニズムはよくわかりません。流れの可視化は、時空間の複雑な流れ場を説明するために有望な非侵入型の方法です。基本的な流れの可視化のセットアップは、ハイパワー レーザーとレーザー シート、カメラ、トレーサー粒子ジェネレーター、データ プロセッサを生成する光学レンズで構成されます。風洞セットアップ、関連する、デバイスの仕様および対応するパラメーターの設定、取得するフロー機能に依存します。
通常のスモーク ワイヤ流れの可視化では、スモーク ワイヤを使用して、フローの streaklines を示します。ただし、このメソッドのパフォーマンスは、ときに複雑な流れ場において、空間解像度が低いによって制限されます。したがって、改善された煙流動可視化技術が開発されました。この手法は、同時に大規模なグローバル レフ流れ場と小規模なせん断層流れの構造を示しています後詳細な粒子画像流速測定法 (PIV) 計測の貴重な参考情報を提供します。
本稿では、デルタ翼の非定常流動現象を研究する改良された煙の流れの可視化・ PIV 計測のアプリケーションに示します。風洞のセットアップ、データ集録、データ処理など、プロシージャおよび実験を行うための注意事項が表示されます。代表の結果は、これらの 2 つの流れの可視化手法が定性的・定量的三次元流れ場を調査するための効果的なテクニックであることを示します。

図 2dレフ内訳場所の履歴が表示されます。黒い曲線はポートサイド レフを表し、赤色の曲線は右舷レフを。タイム スケールが自由な流れの速度と弦の長さで無次元化です。これら二つの相関係数の時刻歴はr = −0.53、レフ内訳場所の振動の強い反対称相互作用を示します。この結果は、他の仕事とよく13,<sup class...

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Experimental Investigation of the Flow Structure over a Delta Wing Via Flow Visualization Methods

ここでは、変更された煙流動の可視化手法を使用してデルタ翼に渦の非定常流れを観察し、前縁渦内訳場所の振動のメカニズムを調査するためのプロトコルを提案する.

流れ可視化手法によるデルタ翼上の流れ構造に関する実験的研究

It is well known that the flow field over a delta wing is dominated by a pair of counter rotating leading edge vortices (LEV). However, their mechanism is ...

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