مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تجربی جریان ایزوتروپ تولید شده توسط توری در تونل‌باد مادون صوت و اندازه گیری مشخصه‌های جریان آشفته

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
رضا ادبی 1
مانی فتحعلی 2
غلامحسین پوریوسفی 3
علیرضا دوست محمودی 1
مصطفی امیری طیبی 1
1 دانشکده هوافضا دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
2 دانشیار دانکشده هوافضا دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
3 استادیار، دانشکده هوافضا دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
10.52547/mme.22.3.191
چکیده
در این پژوهش به بررسی تجربی جریان آشفته ایزوتروپ پرداخته شده است. به همین منظور، دو توری متفاوت با یک کانال انقباضی در پشت آن‌ها برای ایجاد یک جریان آشفته ایزوتروپ در داخل تونل‌باد تعبیه شده است. توری‌ها با شبکه‌های cm 54/2 و cm 08/5 به ترتیب با نسبت انسداد 34/0 و 17/0 با برش لیزر روی چوب برش داده شده‌اند. برای تعیین سرعت‌های اغتشاشی در جهت جریان از جریان‌سنج سیم داغ یک‌بعدی استفاده شده و برای تعیین مولفه‌های جهت‌های دیگر از تقریب استفاده شده است. در سرعت‌های m/s 5 و m/s 10 برای هر یک از توری‌ها آزمایش انجام شده که بازه عدد رینولدز 8500 تا حدود 33000 را در بر می‌گیرد. برای تعیین آغاز مکان ایزوتروپی از روش‌های تعیین چولگی سرعت، همواری سرعت، شدت اغتشاشات، نرخ اضمحلال و مقیاس‌های طولی مانند طول کولموگروف و تیلور استفاده شده است. برای چولگی و همواری اعداد به ترتیب 0 و 3 را نشان داده که نشان‌دهنده جریان ایزوتروپ می‌باشد. نتایج نشان دادند که با افزایش سرعت ورودی، ایزوتروپ شدن جریان به تعویق افتاده است. همچنین در شبکه با نسبت انسداد کمتر، در نزدیکی توری شدت اغتشاش کمتر خواهد بود ولی با دور شدن از توری، شدت اغتشاشات بیشتر شده است.
کلیدواژه‌ها
آشفتگی ایزوتروپ
جریان همگن
توری
نسبت انسداد
کانال انقباض
تونل باد

موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Investigation of Isotropic Flow Generated by Grid in Subsonic Wind Tunnel and Measurement of Characteristics of Turbulent Flow

نویسندگان English

reza adabi 1
Mani Fathali 2
Gholamhosein Pouryoussefi 3
alireza doostmahmoudi 1
mostafa amiri tayebi 1
1 Department of Aerospace Engineering, K.N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran.
2 Department of Aerospace Engineering, K.N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran.
3 Department of Aerospace Engineering, K.N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran.
چکیده English

In this research, the turbulent isotropic flow has been experimentally investigated. Hence, two different grids are made and a contraction channel is installed behind it inside the subsonic wind tunnel to generate an isotropic turbulence flow. The grids with mesh sizes of 2/54 cm and 5/08 cm were cut on the wood with obstruction ratio of 0/34 and 0/17, respectively. One-dimensional hot wire was used to determine the perturbation velocities in the direction of flow, and an approximation was used to determine the components of other directions. At speeds of 5 m/s and 10 m/s, experiments were performed for each of the grids, which range from a Reynolds number of 8500 to about 33000. To determine the onset of the isotropic location, methods of velocity skewness, kurtosis, turbulence intensity, dissipation rate, and longitudinal scales such as Kolmogorov and Taylor lengths were used. For skewness and kurtosis, the numbers show 0 and 3, respectively, which indicate the isotropic flow. Results showed that with increasing the velocity, the isotropy of the flow was delayed. Also, in a grid with a lower obstruction ratio, the intensity of turbulence will be less near the grid, but as it moves away from the grid, the intensity of turbulence will increase.

کلیدواژه‌ها English

Isotropic turbulence
Homogeneous flow
Grid
Obstruction ratio
Contraction channel
Wind tunnel
Hearst RJ, Lavoie P. Decay of turbulence generated by a square-fractal-element grid. Journal of Fluid Mechanics. 2014 Feb;741:567-84. [DOI:10.1017/jfm.2013.684]
Hearst RJ, Lavoie P. Decay of turbulence generated by a square-fractal-element grid. Journal of Fluid Mechanics. 2014 Feb;741:567-84. [DOI:10.1017/jfm.2013.684]
Raushan PK, Singh SK, Debnath K. Role of rigid boundary on the decay of turbulence generated by passive-grid for free surface flow. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2021 Apr;235(7):1148-64. [DOI:10.1177/0954406220942565]
Raushan PK, Singh SK, Debnath K. Role of rigid boundary on the decay of turbulence generated by passive-grid for free surface flow. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2021 Apr;235(7):1148-64. [DOI:10.1177/0954406220942565]
B. Farhanieh,"The Physics of Turbulence Flows", Scientific publications, Sharif University of Technology, Tehran, Iran, 2008 (in Persian)
B. Farhanieh,"The Physics of Turbulence Flows", Scientific publications, Sharif University of Technology, Tehran, Iran, 2008 (in Persian)
Comte-Bellot G, Corrsin S. The use of a contraction to improve the isotropy of grid-generated turbulence. Journal of fluid mechanics. 1966 Aug;25(4):657-82. [DOI:10.1017/S0022112066000338]
Comte-Bellot G, Corrsin S. The use of a contraction to improve the isotropy of grid-generated turbulence. Journal of fluid mechanics. 1966 Aug;25(4):657-82. [DOI:10.1017/S0022112066000338]
Taylor GI. Statistical theory of turbulenc. Proceedings of the Royal Society of London. Series A-Mathematical and Physical Sciences. 1935 Sep 2;151(873):421-44. [DOI:10.1098/rspa.1935.0158]
Taylor GI. Statistical theory of turbulenc. Proceedings of the Royal Society of London. Series A-Mathematical and Physical Sciences. 1935 Sep 2;151(873):421-44. [DOI:10.1098/rspa.1935.0158]
Simmons LF, Salter C. Experimental investigation and analysis of the velocity variations in turbulent flow. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character. 1934 Jun 2;145(854):212-34. [DOI:10.1098/rspa.1934.0091]
Simmons LF, Salter C. Experimental investigation and analysis of the velocity variations in turbulent flow. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character. 1934 Jun 2;145(854):212-34. [DOI:10.1098/rspa.1934.0091]
Uberoi MS, Wallis S. Small axisymmetric contraction of grid turbulence. Journal of fluid mechanics. 1966 Mar;24(3):539-43. [DOI:10.1017/S0022112066000806]
Uberoi MS, Wallis S. Small axisymmetric contraction of grid turbulence. Journal of fluid mechanics. 1966 Mar;24(3):539-43. [DOI:10.1017/S0022112066000806]
Batchelor GK, Townsend AA. Decay of vorticity in isotropic turbulence. Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences. 1947 Sep 9;190(1023):534-50. [DOI:10.1098/rspa.1947.0095]
Batchelor GK, Townsend AA. Decay of vorticity in isotropic turbulence. Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences. 1947 Sep 9;190(1023):534-50. [DOI:10.1098/rspa.1947.0095]
Mohamed MS, LaRue JC. The decay power law in grid-generated turbulence. Journal of Fluid Mechanics. 1990 Oct;219:195-214. [DOI:10.1017/S0022112090002919]
Mohamed MS, LaRue JC. The decay power law in grid-generated turbulence. Journal of Fluid Mechanics. 1990 Oct;219:195-214. [DOI:10.1017/S0022112090002919]
Pope, S. B. Turbulent Flows. Cambridge, UK: Cambridge University Press.(2000) SIMMONSL,. F. G. & SALTERC, . 1934 Experimental
Pope, S. B. Turbulent Flows. Cambridge, UK: Cambridge University Press.(2000) SIMMONSL,. F. G. & SALTERC, . 1934 Experimental
Hurst D, Vassilicos JC. Scalings and decay of fractal-generated turbulence. Physics of Fluids. 2007 Mar 13;19(3):035103. [DOI:10.1063/1.2676448]
Hurst D, Vassilicos JC. Scalings and decay of fractal-generated turbulence. Physics of Fluids. 2007 Mar 13;19(3):035103. [DOI:10.1063/1.2676448]
Larssen JV. Large scale homogeneous turbulence and interactions with a flat-plate cascade (Doctoral dissertation, Virginia Polytechnic Institute and State University).
Larssen JV. Large scale homogeneous turbulence and interactions with a flat-plate cascade (Doctoral dissertation, Virginia Polytechnic Institute and State University).
Mazellier N, Vassilicos JC. Turbulence without richardson-kolmogorov cascade. Physics of fluids. 2010 Jul 12;22(7):075101. [DOI:10.1063/1.3453708]
Mazellier N, Vassilicos JC. Turbulence without richardson-kolmogorov cascade. Physics of fluids. 2010 Jul 12;22(7):075101. [DOI:10.1063/1.3453708]
Kahalerras H, Malecot Y, Gagne Y, Castaing B. Intermittency and Reynolds number. Physics of Fluids. 1998 Apr;10(4):910-21. [DOI:10.1063/1.869613]
Kahalerras H, Malecot Y, Gagne Y, Castaing B. Intermittency and Reynolds number. Physics of Fluids. 1998 Apr;10(4):910-21. [DOI:10.1063/1.869613]
Laizet S, Nedić J, Vassilicos JC. The spatial origin of− 5/3 spectra in grid-generated turbulence. Physics of Fluids. 2015 Jun 29;27(6):065115. [DOI:10.1063/1.4923042]
Laizet S, Nedić J, Vassilicos JC. The spatial origin of− 5/3 spectra in grid-generated turbulence. Physics of Fluids. 2015 Jun 29;27(6):065115. [DOI:10.1063/1.4923042]
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 22، شماره 3
اسفند 1400
صفحه 191-200