Come funziona la galleria del vento | Aerodinamica spiegata

Progettazione di una galleria del vento a circuito chiusoGalleria del vento a circuito chiuso

I componenti principali di un test in galleria del vento.

I vantaggi di una galleria del vento a circuito chiuso.

A parità di portata d'aria, una galleria del vento a circuito chiuso è in grado di recuperare parte dell'energia cineticae le perdite di carico sono solo quelle del condotto.

Oltre al costo più elevato, le gallerie a circuito chiuso presentano lo svantaggio che il flusso si riscalda.

Il numero di Reynolds si abbassa quando invece gli esperimenti devono essere mantenuti a costante Re. È quindi necessario raffreddare il flusso. La relazione che la viscosità e temperatura è riportata di seguito.

\(\begin{align} \nu(T)\propto T^{1.75}\end{align} \)

L'importanza della gestione della temperatura nei test in galleria del vento.

L' Le galleria del vento possono essere aspirate o soffiate a seconda della posizione dell'elica, a monte o a valle.

L'energia persa attraverso le gallerie a circuito aperto è proporzionale al quadrato della velocità, con i costi di sperimentazioni che salgono per tenere le temperature sotto controllo.

Classificazione in galleria del vento in base alla sezione di prova.

Le gallerie del vento sono classificate anche in base alla sezione di prova.

Si suddividono in gallerie a vena libera e gallerie a vena guidata; le prime sono le cosiddette OPEN JET in cui la sezione di prova non è delimitata, mentre questi ultimi hanno una camera di prova a sezione quadrato, rettangolare, circolare, ottagonale delimitata da pareti, in cui gli angoli sono arrotondati per evitare la formazione di vortici.

Esiste anche un tipo di galleria del vento chiamato ¾ OPEN JET, caratteristiche del mondo automobilistico, in cui il tunnel è delimitato sul fondo, per simulare il terreno.

L'influenza del Mach ad alta velocità nei test in galleria del vento.

Per le gallerie del vento con un elevato numero di Reynolds, si tende ad intervenire non solo sulla velocità del flusso d'aria ma anche dal punto di vista della densità del fluido.

Questo viene solitamente realizzato con nebulizzatori criogenici ad azoto.

Abbassando la temperatura, è come se si prendesse in considerazione una maggiore Mach.

\( M=\frac{v}{v_{sound}} \) poiché \(\nu(T)\propto T^{1.75} \)

Quindi abbassando la temperatura possiamo aumentare il numero di Mach e il numero di Reynolds.

componenti della galleria del vento

I requisiti della camera di prova di una galleria del vento.

È il luogo in cui viene collocato l'oggetto da testare o in cui vengono effettuate le misurazioni sul flusso. È di fondamentale importanza riprodurre il più possibile le condizioni reali in cui opera l'oggetto da testare; è inoltre importante avere una flusso perfettamente noto in termini di numero di Reynolds; il livello di turbolenza, la temperatura, l'umidità e tutte le altre variabili che determinano le caratteristiche del flusso. La camera di prova è il punto in cui il flusso si trova a una velocità più elevata, ovvero la velocità massima di progetto della galleria; è anche, ovviamente, il primo componente progettato della galleria del vento e deve essere abbastanza grande da ospitare il modello che si vuole provare, per non incorrere nel problema del bloccaggio.

L'impatto delle dimensioni della camera di prova nelle prove in galleria.

Questo fenomeno è in pratica l'effetto delle pareti della camera di prova sulle linee di flusso e sulla velocità del fluido in prossimità dell'oggetto da testare. In tutte le gallerie c'è, in linea teorica l'effetto di bloccaggio, questo perché se il corpo si trova ad operare, ad esempio nell'atmosfera, si troverà ad operare in un ambiente "teoricamente infinito" mentre nella galleria del vento si troverà sempre ad operare in un ambiente di pochi metri quadrati di sezione, quindi, se il modello è sufficientemente piccolo rispetto alle dimensioni della camera di prova, è possibile ridurre questo effetto o comunque correggere i dati ottenuti attraverso modelli matematici, appositamente calibrati per la particolare geometria della camera di prova in questione, implementati direttamente nei processori che elaborano i dati provenienti dai sensori del tunnel.

Quali sono i fattori principali per dimensionare correttamente la camera di una galleria del vento?

Per dimensionare la camera di prova devo partire dalle dimensioni della camera di prova e dal modello di Reynolds che devo creare.

Dalle dimensioni dei modelli che devo analizzare, considerando un'adeguata distanza dalle pareti per evitare forzature nel fluido, ricavo il diametro del sezione di test che devo creare, e dato tenendo un conto che il rapporto tra lunghezza e diametro della galleria del vento è circa 2 posso facilmente ottenere la sua lunghezza.

galleria del vento come funziona pininfarina

Stima della resistenza all'urto nei test in galleria del vento.

È importante sapere che l'area della sezione di prova non è costante per tutta la sua lunghezza, ma tende ad aumentare; ciò è dovuto al fatto che la viscosità dà luogo ad uno strato limite evolutivo (in cui lo spessore aumenta gradualmente) dato dalla v = 0 imposta dalle pareti alla corrente.

La corrente è come se vedesse la sezione trasversale che si riduce progressivamente e, nel caso di una galleria subsonica, la velocità aumenta per la conservazione della portata mentre la pressione statica si riduce. La diminuzione della pressione porta alla comparsa di una forza di resistenza.

Per calcolarla, possiamo considerare una sezione media e moltiplicarla per la pressione al fine di conoscere la forza spuria.

\(\begin{align} \frac{\Delta p}{\Delta x}A_{media}{Delta x= F_{drag}{fine{align} \)

dove

\(\begin{align} A_{media}=\frac{A_{ent}+A_{ex}}{2}\end{align} \)

Questo corrisponde alla forza di resistenza (detta resistenza al galleggiamento) dovuta al gradiente di pressione.

Quindi, nella fase di progettazione in galleria del vento, devo considerare questo leggero aumento della sezione in seguito a un angolo α di circa 1/2°.

Dissipazione di energia nelle gallerie del vento a circuito chiuso.

La velocità v(x) è legata alle perdite di carico secondo la legge \( \Delta p_0\propto v^2 \) , quindi è necessario che la velocità diminuisca per evitare grandi perdite di carico (dove per \( P_0 \) si intende il valore della pressione totale).

Per questo motivo, alla fine della sezione di prova viene installato un componente divergente per rallentare il flusso.

Galleria del vento per autoveicoli

Perché una sezione divergente è presente in una galleria del vento a circuito chiuso?

È il componente che si trova dopo la camera di prova, immaginando di seguire il flusso del tunnel. Ha diversi compiti: il primo è quello di diminuire la velocità aumentando la sezione, il la seconda funzione dell'allargamento della sezione è puramente funzionale al ricongiungimento del condotto alla convergenza nelle gallerie ad anello chiuso. Il rallentamento del fluido dopo la camera di prova è fondamentale perché posizionando il motore, e quindi il ventilatore o l'elica, in un punto a bassa velocità, è possibile installare un motore meno potente e quindi meno costoso e più piccolo. Nel divergente c'è un gradiente di pressione positivo e quindi sfavorevole, poiché la pressione alla fine del divergente è maggiore del valore di pressione all'inizio. Questo porta a un ispessimento dello strato limite e quindi si verifica il fenomeno molto dannoso della separazione dello strato limite.Questo può essere evitato con opportuni dispositivi di aspirazione dello strato limite o di soffiaggio o con angoli di divergenza molto piccoli (massimo 2° o 3°). Un'altra soluzione è quella di divergenti rapidi in cui vengono utilizzate reti o paratie intermedie, in grado di far riattaccare lo strato limite sulla parete divergente stessa.

Il bilancio di pressione totale in una galleria del vento a circuito chiuso.

Per ogni componente è possibile determinare il seguente bilancio per determinare le perdite di carico:

\(\begin{align} P_{0_{en}}=P_{0_{ex}}+\Delta P_0{align} fine{align} \)

Dove P0 è il valore di pressione totale all'ingresso della sezione considerata, è la pressione totale all'uscita della sezione considerata, mentre l'altro termine è la pressione totale all'uscita della sezione considerata. perdita registrata nella sezione considerata.

Dimensionamento della sezione divergente nelle gallerie del vento: prima stima.

Ritornando alla descrizione della sezione divergente, l' angolo γ delle pareti minori è, minori sono le perdite; tuttavia, dobbiamo tenere in considerazione che un angolo piccolo comporta una lunghezza di sezione molto elevata; pertanto, si cerca un compromesso tra la lunghezza del divergente e l'angolo di inclinazione delle pareti.

Per le sezioni circolari l'angolo è solitamente tra 3 e 5 °, per sezioni con diffusori piatti γ <6°.

Di solito il Il rapporto tra l'area di uscita e l'area di ingresso è pari a 4, pertanto, impostando l'angolo desiderato, si ottiene facilmente la lunghezza divergente richiesta.

L'efficienza di un divergente oscilla tra 70 e 80%.

Gli angoli in una galleria del vento subsonica.

Vengono utilizzati per realizzare il cambio di direzione del flusso: essi sono costituiti da un condotto con un angolo opportunamente arrotondato e da vari profili alari disposti in file che hanno il compito di facilitare la curvatura del flusso. Le curve sono interessate dal fenomeno di separazione dello strato limite a causa della loro elevata curvatura e del fatto che a volte il condotto di uscita ha una sezione maggiore rispetto a quello di ingresso e quindi c'è un gradiente di pressione sfavorevole.

Progettazione di angoli in gallerie del vento a circuito chiuso.

Tuttavia, grazie al fatto che che vengono utilizzati array di profili, questo fastidioso fenomeno può essere evitato. Le curve, per loro natura, tendono a introdurre vorticità assiale che, tuttavia, può essere minimizzata con l'uso di speciali dispositivi e conformazioni delle curve stesse.

Quindi, dopo la sezione divergente, ci troviamo di fronte ad una zona a sezione costante o subito un angolo, che consente la rotazione del flusso di 90°, che se ha sezioni di ingresso e di uscita costanti ha un'efficienza di 80/90%.

Per facilitare la curvatura del flusso, l'angolo è dotato di deflettori/alette deflettrici, che nei tunnel più economici sono essenzialmente costituiti da fogli ripiegati, negli altri da veri e propri profili alari.

L' 'utilizzo di profili alari consente l'inserimento di tubi per il passaggio del refrigerante per abbassare la temperatura della corrente per convezione forzata.

Perdita di pressione sugli angoli nei test in galleria del vento.

Questa strategia consente di non avere tubi di raffreddamento aggiuntivi lungo il tunnel che causano interferenze con il fluido, aumentando le perdite di carico.

Dato che nella prima parte ho avuto velocità elevate, dopo la prima curva abbiamo perso più di 50% delle perdite totali della galleria del vento.

Gli altri angoli sono collegati da sezioni a sezione costante o divergente che hanno le stesse caratteristiche del divergente descritto sopra.

All'uscita del quarto angolo, il flusso possiede una velocità minima, effetti di vibrazione e l'intero strato limite accumulato dalle altre sezioni.

Per gli altri componenti non perdetevi la lezione successiva!

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