Κατανόηση του σχεδιασμού αεροσήραγγας

Αεροσήραγγα κλειστού κυκλώματος: θάλαμος καθίζησης, συγκλίνουσα και έλικα

Αυτό είναι το δεύτερο μάθημά μας σχετικά με το σχεδιασμό και τη διαστασιολόγηση της αεροσήραγγας. Αν χάσατε το πρώτο μέρος, μπορείτε να το πάρετε εδώ.

Σχεδιασμός αεροσήραγγας κλειστού κυκλώματος: ο θάλαμος καθίζησης.

Σε αυτό το τμήμα ο αέρας χειραγωγείται επειδή πρέπει να διασπάσω την τύρβη, ισιώστε τη ροή (ευθυγραμμίστε το με τον άξονα της σήραγγας), ώστε να παρουσιάζεται ομοιογενής και ομοιόμορφη ροή στο θάλαμο δοκιμής.

Το ο θάλαμος καθίζησης αποτελείται από μια κηρήθρα (κυκλικής ή εξαγωνικής διατομής) που σας επιτρέπουν να ισιώσετε το ρεύμα τόσο στο οριζόντιο όσο και στο κατακόρυφο επίπεδο.

Ένα άλλο αποτέλεσμα της κηρήθρας είναι αυτό της μερικό σπάσιμο της τύρβης της ροής ανάλογα με τη τάξη μεγέθους της διαμέτρου των τμημάτων.

Γιατί οι κηρήθρες είναι σημαντικές στην αεροσήραγγα;

Ο ισιωτής ροής τύπου κυψέλης αποτελείται από μια σειρά σωλήνων μικρής διαμέτρου (γενικά μεταξύ 5 και 7 mm) και μήκος περίπου δεκαπέντε εκατοστά. Αυτοί οι σωλήνες διατάσσονται ομοαξονικά προς τον αγωγό στον οποίο βρίσκονται (γενικά στην περιοχή της σήραγγας όπου οι ταχύτητες είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερες για να ελαχιστοποιηθούν οι πτώσεις πίεσης) και είναι κολλημένοι μεταξύ τους για να σχηματίσουν δομές, γενικά εξαγωνικές (παρόμοιες με κηρήθρες, εξ ου και η ονομασία), οι οποίες καλύπτουν ολόκληρη την περιοχή του τμήματος όπου είναι τοποθετημένοι.

Ας σχεδιάσουμε κηρήθρα για δοκιμές σε αεροδυναμική σήραγγα.

Ενδεικτικά αναφέρεται ότι, σε ένα γκαλερί με τμήμα όπου το 3,6 x 0,9 μετρητή κηρήθρα είναι παρούσα, κάτι σαν 78.000 σωλήνες διαμέτρου 7 mm τακτοποιούνται. Η δουλειά των κυψελών είναι να εξαλείψουν τις συνιστώσες της ταχύτητας της ροής κάθετα στα τοιχώματα και να κατευθύνουν τη ροή μόνο και όσο το δυνατόν περισσότερο προς την κατεύθυνση του άξονα του αγωγού. Γενικά, οι κυψέλες ή οι κηρήθρες τοποθετούνται λίγο πριν από την έναρξη της σύγκλισης και επομένως λίγο πριν από το θάλαμο δοκιμών.

\(\begin{align} \frac{u_{ex}’}{u_{en}’}=\frac{1}{1+k}^{\frac{n}{2}} \end{align}\)

Δεδομένου ότι το μέγεθος των στροβίλων εξακολουθεί να παραμένει σημαντικό, πρέπει να τους χτυπήσω οριστικά με τη χρήση ενός ή περισσότερων δικτύων στα οποία η ροή υφίσταται μια δραστική σύνθλιψη και η κλίμακα τύρβης προφανώς μειώνεται.

Εξετάζοντας τη σχέση Dryden & Schubauer:

Πού:

\( u_{ex}' \): διακυμάνσεις κατά την έξοδο από το δίκτυο

\( u_{en}' \): πλέγμα διακυμάνσεις εισροών

\( k \): πλέγμα απόδοση που καθορίζεται από τον κατασκευαστήr

\( n \): αριθμός πλεγμάτων

Κυψέλες αεροσήραγγας: ισιωτής ροής.

Τα δίχτυα έχουν ως αποστολή σπάσιμο δομών στροβιλισμού μεγάλης κλίμακας και τη μετατροπή τους σε μικρότερες και πιο ομοιόμορφες στροβιλιζόμενες δομές, καθιστώντας έτσι το πιο ομοιόμορφο προφίλ ταχύτητας. Τα δίκτυα, ωστόσο, έχουν, όπως έχει ήδη αναφερθεί, το ελάττωμα της εκτροπής της κύριας κατεύθυνσης της ροής, είναι επομένως απαραίτητο να τοποθετηθούν γύρω από στοιχεία (τις κηρήθρες) ικανά να "ίσιωμα" η ροή. Πρόκειται για εξαρτήματα που τείνουν να λερώνονται και επομένως, όπως και οι κηρήθρες, χρειάζονται συχνή συντήρηση. Μπορείτε να βρείτε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τις κυψέλες αεροσήραγγας στο Wiki.

Η ροή πρέπει να επιταχυνθεί: το συγκλίνον τμήμα σε δοκιμές αεροσήραγγας.

Το τελευταίο τμήμα πριν από το θάλαμο δοκιμών είναι ο συγκλίνοντας που έχει ως κύριο καθήκον την επιτάχυνση του ρεύματος.

Το συγκλίνον χρησιμοποιείται για να μειωθεί η διατομή και επομένως να αυξηθεί η ταχύτητα του ρευστού, ενώ ταυτόχρονη μείωση του επιπέδου αναταραχής και το πάχος των οριακών στρωμάτων στα τοιχώματα. Είναι επηρεάζεται από αρνητική κλίση πίεσης, και επομένως ευνοϊκή, (αφού υπάρχει μεγαλύτερη πίεση στην αρχή της σύγκλισης και μικρότερη στο τέλος) υπάρχει επομένως κανένα πρόβλημα διαχωρισμού του οριακού στρώματος, αυτό επιτρέπει μια αρκετά γρήγορη συρρίκνωση της διατομής. Ο λόγος συρρίκνωσης είναι γενικά της τάξης του 6, πολύ σπάνια είναι μεγαλύτερος.

Είμαστε αντιμέτωποι με ένα επιτάχυνση συναγωγής που δεν μεταβάλλεται με το χρόνο, αλλά εξαρτάται αποκλειστικά από τη γεωμετρία της τομής.

Ένα άλλο αποτέλεσμα της σύγκλισης είναι να παράγουν τη μείωση των διαμήκων διακυμάνσεων αφού η επιτάχυνση είναι σαν να τεντώνει τη ροή.

Κατά μήκος της σήραγγας, συχνά λαμβάνονται υπόψη μικροί αεραγωγοί για την προσαρμογή της πίεσης της ροής.

Ενεργειακό ισοζύγιο ενός εργαστηρίου αεροσήραγγας.

Αφού υπολογίσετε όλες τις απώλειες στη σήραγγα, το το τελευταίο βήμα είναι ο προσδιορισμός του μεγέθους και της ισχύος της προπέλας το οποίο σας επιτρέπει να ανακτήσετε τις απώλειες και να επιταχύνετε τη ροή για ανάλυση στο τμήμα δοκιμών.

Για να αντισταθμιστεί η πίεση ή απώλειες πίεσης (σε όρους απλού ανθρώπου) που υφίσταται το ρευστό σε όλη τη διάρκεια της αεροσήραγγας, είναι απαραίτητο να εισαχθεί μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας στο υγρό κάθε δευτερόλεπτο. Επομένως, είναι απαραίτητο να εξοπλιστεί η αεροσήραγγα με έναν ανεμιστήρα που ελέγχεται από κινητήρα. Ο κινητήρας (συνήθως ένας ηλεκτρικός κινητήρας που έχει το πλεονέκτημα ότι παρέχει σχεδόν σταθερή ώθηση χωρίς τους κραδασμούς ενός παλινδρομικού κινητήρα) μπορεί να είναι ομοαξονικός με τον ανεμιστήρα ή μπορεί να είναι εξωτερικός.

Η προπέλα της αεροσήραγγας.

Η περίπτωση του ο εξωτερικός κινητήρας είναι ο καλύτερος, διότι είναι περισσότερο θωρακισμένος και επομένως προκαλεί λιγότερες διαταραχές στο υγρό (από ακουστική άποψη) με το να το θερμαίνει ακόμη λιγότερο. Ο ανεμιστήρας ή οι ανεμιστήρες αποτελούνται από έναν ή μια σειρά ομοαξονικών ή πλευρικών ελίκων- στις υπερηχητικές σήραγγες οι έλικες είναι πραγματικοί αξονικοί ή φυγοκεντρικοί συμπιεστές- έχουν ως κύριο καθήκον να μεταφορά της κινητικής ενέργειας που παρέχεται από τον κινητήρα στο ρευστό με τη μορφή ενέργειας πίεσης. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι, αντίθετα με την κοινή πεποίθηση, ο ανεμιστήρας ή ο συμπιεστής παρέχει ένα άλμα πίεσης και ΟΧΙ ένα άλμα ταχύτητας. Η μεταφορά βέβαια δεν είναι ούτε αδιαβατική ούτε ισεντροπική και αυτό σημαίνει ότι ένα μέρος της κινητικής ενέργειας χάνεται σε θερμότητα.

Προπέλα και ανεμιστήρες για το σχεδιασμό της αεροσήραγγας.

Ο ανεμιστήρας είναι τοποθετείται κατάντη του θαλάμου δοκιμών σε περιοχή με υψηλή διατομή για να μειωθεί η απαιτούμενη ισχύς τροφοδοσίας. Πρέπει επίσης να τοποθετείται όσο το δυνατόν πιο μακριά από την είσοδο του θαλάμου δοκιμών ανάλογα με τη διαδρομή που πρέπει να διανύσει το υγρό, οπότε το ιδανικό θα ήταν να τοποθετηθεί ακριβώς πίσω από το μοντέλο. Ωστόσο, αυτή η λύση είναι δυσμενής, διότι στο τέλος του θαλάμου δοκιμών η ταχύτητα είναι μέγιστη για δύο κυρίως λόγους: 1) στο θάλαμο δοκιμών ο στόχος είναι πάντα να έχουν τη μέγιστη ταχύτητα; 2) στο άκρο του θαλάμου δοκιμής το οριακό στρώμα είναι παχύτερο από την κεντρική περιοχή του θαλάμου δοκιμής και αυτό προκαλεί μείωση της πραγματικής διατομής που βλέπει το ρευστό. Αυτό σημαίνει ότι η ταχύτητα είναι ακόμη υψηλότερη από ό,τι στην αρχή του θαλάμου δοκιμών.ο ανεμιστήρας τοποθετείται επομένως στο άκρο της εκτροπής, όπου η τοπική ταχύτητα είναι χαμηλότερη.

Για να αποτρέψω την περιστροφή της ροής μετά την έλικα, έχω επίσης εισαγωγή λεπίδων στάτη για την ευθυγράμμιση του ρεύματος.

Η θέση της έλικας υπαγορεύεται από τις επιδόσεις και το κόστος.

Ο καλύτερος συμβιβασμός μεταξύ της ταχύτητας ροής εισόδου και της τύρβης της ροής είναι η τοποθέτηση της έλικας μετά τη δεύτερη γωνία.

Επεξεργασία οριακού στρώματος για δοκιμές σε αεροδυναμική σήραγγα αυτοκινήτων.

Για αεροσήραγγες αυτοκινήτων:

Από τη σύγκλιση, μόλις η ροή ισιώσει και η τύρβη μειωθεί, το οριακό στρώμα στο κάτω τοίχωμα γεννιέται ξανά πριν εισέλθει στο τμήμα δοκιμής.

Για να αποφευχθεί αυτό το φαινόμενο, χρησιμοποιούνται δύο στρατηγικές:

– Αναρρόφηση του οριακού στρώματος ανάντη του μοντέλου μέσω μιας σειράς μικρών οπών.

– Κινούμενη ζώνη: διάδρομο που σας επιτρέπει να αλλάξετε την οριακή συνθήκη της μηδενικής ταχύτητας στον τοίχο, η οποία έχει ως αποτέλεσμα να μην σχηματίζεται οριακό στρώμα.