Studien observerar plötslig flödesacceleration, generering av nytt gränsskikt

By | August 4, 2023

Den här artikeln granskades i enlighet med Science X:s redaktionella process och policys. Redaktörerna lyfte fram följande egenskaper, vilket säkerställer innehållets trovärdighet:

kontrollerade

peer reviewed publikation

pålitlig källa

recension


Experimenten utfördes vid Unsteady Pressure Gradients Facility vid UIUC Aerodynamics Research Laboratory. Anläggningen omfattar en vindtunnel i gränsskikt och en avtagbar anläggning för att generera kontinuerliga och instabila tryckgradienter. Kredit: University of Illinois i Urbana-Champaign

× för nära


Experimenten utfördes vid Unsteady Pressure Gradients Facility vid UIUC Aerodynamics Research Laboratory. Anläggningen omfattar en vindtunnel i gränsskikt och en avtagbar anläggning för att generera kontinuerliga och instabila tryckgradienter. Kredit: University of Illinois i Urbana-Champaign

I ett experiment om hur turbulenta gränsskikt reagerar på acceleration i flödet runt dem, observerade flygingenjörer vid University of Illinois Urbana-Champaign ett oväntat inre gränsskikt.

“Vi kunde inte bara identifiera ett nytt inre gränsskikt, utan vi kunde också systematiskt spåra dess höjd för att förstå dess tillväxthastighet. Vi märkte också att det bara bildades om vårt tryckvärde, vår acceleration, var tillräckligt stark. Det fanns en gräns under vilken vi inte såg detta fenomen inträffa, något som inte var känt tidigare, säger EA-professorn Theresa Saxton-Fox.

Hon förklarade att ett gränsskikt är ett tunt område av vätska där flödet saktas ner på grund av friktion med en yta, och ett inre skikt är ett gränsskikt inom ett gränsskikt, som en kapslad docka.

“Det inre gränsskiktet har i grunden förändrat flödets beteende än vad man skulle förvänta sig utan det”, sa hon. Studien “A Family of Adverse Pressure Gradient Turbulent Boundary Layers with Favorable Upstream Pressure Gradients” av Aadhy Parthasarathy och Theresa Saxton-Fox publicerades i Journal of Fluid Mechanics.

När man designar ett nytt fordon är det avgörande att veta hur gränsskikten kommer att reagera på fordonets form, eftersom responsen förändrar krafterna på fordonet. Men nuvarande datormodeller av hur gränsskikt reagerar på krökning stämmer inte riktigt, vilket gör designprocessen utmanande, dyr och riskabel. Det är viktigt att förbättra turbulensmodellerna för att göra bättre förutsägelser för nya projekt.

“Vi kan inte förutsäga i förväg hur flödet kommer att bete sig med komplexa geometrier. Det är därför vi ville titta på flera olika accelerationsprofiler för att få en känsla av inte bara en konfiguration, utan 22 olika sätt att bättre förstå det”, sa hon .

Enligt Saxton-Fox gjordes den grundläggande uppställningen av vindtunnelexperimentet; nyheten är att detta är lätt att konfigurera om. Detta gjorde det möjligt för dem att testa många geometrier i hopp om att ge data för att skapa robusta och exakta modeller på en mängd olika fordonsformer.

Saxton-Fox och hans Ph.D. Student Aadhy Parthasarathy utsatte en platt platta i en vindtunnel för en familj på 22 tryckgradienter, vilket gjorde att krökningen av en liten panel på tunneltaket kunde böjas. Denna formförändring skapar en tryckförändring som påverkar flödets acceleration, ungefär som att placera tummen över en vattenslang gör att flödet runt kanten rör sig snabbare.

Hon sa att när hon först såg det inre gränsskiktet trodde hon att något var fel. Hon har sedan dess upptäckt att andra i fältet har sett något liknande och fått samma reaktion.

“De såg dessa inre lager bildas och trodde att de berodde på att något gick fel i deras experiment och därför litade de inte på deras data. Jag var övertygad om att lagret var verkligt eftersom det bara dök upp om vårt tak var tillräckligt avböjt”, sa han . Hon sa. “Vi ändrade ingenting på vår yta. Plattan var identisk. Vi gick tillbaka till litteraturen. Forskare, till och med min rådgivares rådgivare, hade sett den på 1980-talet, men den hade aldrig karakteriserats fullt ut.”

Att identifiera detta nya gränsskikt är viktigt eftersom det kommer att hjälpa till att förstå komplicerad aerodynamisk fysik. Typerna av accelerationsprofiler som genererades i studien liknade de som hittats i flöde över bärytor och i konvergerande/divergerande munstycken.

“När flödet inte följer en geometri och ignorerar det vi ber om orsakar det många stora problem, som att stanna. Nu när vi har sett närvaron av ett inre skikt och hur flödet separerar kan det hjälpa till med flödesmodellering och fordonsdesign.” .”

Studien har titeln “A Family of Adverse Pressure Gradient Turbulent Boundary Layers with Upstream Favorable Pressure Gradients”.

Mer information:
Aadhy Parthasarathy et al, En familj av turbulenta gränsskikt med ogynnsam tryckgradient med gynnsamma tryckgradienter uppströms, Journal of Fluid Mechanics (2023). DOI: 10.1017/jfm.2023.429

Tidningsinformation:
Journal of Fluid Mechanics

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *