Condițiile de calitate ale curentului din camera de experimente

1º INTRODUCERE

Deşi extrem de complexe din punct de vedere constructiv şi având proceduri de utilizare bine stabilite, tunelele aerodinamice, ca instrumente de simulare a condiţiilor de interacţiune dintre atmosferă şi structurile aeromecanice, pot induce o serie de erori în procesul de evaluare aerodinamică. În general, rezultatele testelor depind de următorii parametri din camera de testare:

- calitatea curentului de aer;

- stabilirea corectă a presiunii dinamice de referinţă;

- modul de formare a stratului limită la nivelul pereţilor;

- geometria camerei de experienţe;

- geometria şi poziţia modelului studiat în camera de experienţe;

- raportul de blocare;

Toate acestea fac ca testele din tunelele aerodinamice să fie extrem de complexe şi tributare, în general, condiţiilor concrete de experimentare. În scopul generalizării rezultatelor obţinute în diversele tunele, au fost elaborate o serie de norme şi recomandări, precum cele ale SAE (Society of Automotive Engineering) publicate în rapoarte care fac obiectul încercărilor aerodinamice în suflerii.

2º NORMELE SAE J2071 JUN94

Recomandările SAE, minime pentru obţinerea unei calităţi corespunzătoare a curentului de aer în camera de experienţe (deschisă) a unui tunel aerodinamic sunt:

- abaterea unghiulară fată de planul : ;

unghiul dintre direcţia de curgere a aerului şi planul transversal este considerat pozitiv pentru devieri în sus;

- abaterea unghiulară fată de planul : ;

unghiul dintre direcţia de curgere a aerului şi planul longitudinal este considerat pozitiv pentru devieri de la stânga la dreapta;

- uniformitatea distribuţiei de viteze a curentului: ;

este definită de relaţia:

[%]

(1)

unde:

- viteza locală (din punctul de măsurare al acesteia);

- viteza de referinţă;

- gradul de turbulenţă: ;

- uniformitatea distribuţiei de presiuni pe direcţia de curgere, : ;

este definită de relaţia:

(2)

- lungimea zonei de presiune constantă: ;

se raportează la lungimea caracteristică a modelului studiat, ;

- grosimea de deplasare, [mm], a stratului limită: ;

se raportează la valoarea distanţei minime dintre modelul testat şi pereţii camerei de experienţe.

DETERMINAREA TURBULENŢEI UNUI CURENT DE AER

1º INTRODUCERE

Majoritatea curgerilor din practică sunt turbulente. Caracteristice acestor mişcării sunt următoarele:

- liniile de curent nu sunt paralele (sau cvasiparalele) cu direcţia curentului, ci dezordonate şi având direcţii diferite;

- vectorul viteză într-un punct al domeniului de curgere nu este constant în timp, ca modul sau direcţie; mărimea vitezei oscilează în jurul unor valori medii (vezi figura 1).

Fig. 1 Aspectul variaţiei vitezei

2º NOŢIUNI TEORETICE

Structural, mişcarea turbulentă este determinată de suprapunerea unor mişcări de agitaţie ale particulelor de fluid (la nivelul grupurilor de molecule) peste o mişcare medie. Astfel, componentele vitezei , , se pot exprima sub forma următoare:

; ;

(1)

unde: , ,

valorile medii ale vitezei pe cele trei direcţii ale sistemului de referinţă la care se raportează mişcarea fluidului, definite conform relaţiilor (2) pe un interval de timp ;

, ,

fluctuaţiile vitezei faţă de valorile medii corespunzătoare celor trei direcţii;

; ;

(2)

Conform proprietăţilor referitoare la calculul mărimilor fluctuaţiilor, puse în evidenţă de O. Reynolds, prin definiţie, valoarea medie a unei fluctuaţii este nulă, , nu şi media pătratică a acesteia, .

Intensitatea fluctuaţiilor de viteză ale curentului de aer din camera de experienţe a unui tunel aerodinamic reprezintă un parametru important pentru evaluarea calitativă a rezultatelor obţinute în acesta, determinând gradul în care măsurătorilor efectuate în diverse tunele aerodinamice pot fi comparate între ele. Astfel, pentru un curent uniform de viteză