Sruth caochlaideach ann an seanal air a bhacadh le sreath de shlatan claon

Tapadh leibh airson tadhal air Nature.com.Chan eil mòran taic aig an tionndadh brobhsair a tha thu a’ cleachdadh airson CSS. Airson an eòlas as fheàrr, tha sinn a’ moladh gun cleachd thu brobhsair ùraichte (no cuir dheth modh co-chòrdalachd ann an Internet Explorer). San eadar-ama, gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, seallaidh sinn an làrach gun stoidhlichean agus JavaScript.
Chaidh deuchainnean a dhèanamh ann an seanal ceart-cheàrnach air a bhacadh le loidhnichean transverse de cheithir slatan siolandair claon.Chaidh an cuideam air uachdar an t-slat sa mheadhan agus an tuiteam cuideam thairis air an t-sianal a thomhas le bhith ag atharrachadh ceàrn claonaidh an t-slat. Thathas a’ lorg gu bheil prionnsapal neo-eisimeileachd a’ cumail airson a’ mhòr-chuid de dh’ àireamhan Euler a tha a’ comharrachadh cuideam ann an diofar àiteachan, ie ma tha an cuideam gun tomhas a’ cleachdadh ro-mheasadh an luaths a-staigh àbhaisteach don t-slat, tha an seata neo-eisimeileach bhon cheàrn dip.Faodar an co-dhàimh leth-empirigeach a thig às a chleachdadh airson dealbhadh criathragan coltach ris.
Tha mòran de dh’ innealan gluasaid teas is mòr air an dèanamh suas de sheata de mhodalan, shianalan no cheallan tro bheil lionntan a’ dol a-steach gu structaran a-staigh nas iom-fhillte leithid slatan, bufairean, cuir a-steach, msaa. mion-sgrùdadh innealan.
Dh'fhaodar a ràdh gur e slatan siolandair a th’ anns na structaran taobh a-staigh as cumanta tro mhodalan aonad, an dàrna cuid air am pasgadh no air an aonar.In iomlaid teas, tha an rèiteachadh seo àbhaisteach air an t-slige taobh.Lorg 5 stàitean sruthadh ath-cheangail agus co-cheangail ann an rèiteachadh tandem de rods.Liu et al.6 tomhas an tuiteam cuideam ann an seanalan ceart-cheàrnach le pasganan tiùba dùbailte ann an cumadh U le ceàrnan claon eadar-dhealaichte agus calibrated modail àireamhach a’ dèanamh atharrais air bagaichean slat le meadhanan porous.
Mar a bhiodh dùil, tha grunn fhactaran rèiteachaidh ann a bheir buaidh air coileanadh uisgeach banca siolandair: seòrsa de rèiteachadh (me, neo-àbhaisteach no in-loidhne), tomhasan coimeasach (me, pitch, trast-thomhas, fad), agus ceàrn claon, am measg feadhainn eile.Mhol 7 modal porosity èifeachdach a’ cleachdadh fad cealla an aonaid mar paramadair smachd, a’ cleachdadh arrays tandem agus neo-àbhaisteach agus àireamhan Reynolds eadar 103 agus 104.Snarski8 sgrùdadh air mar a tha an speactram cumhachd, bho luath-luathaichean agus fònaichean-uisge ceangailte ri siolandair ann an tunail uisge, ag atharrachadh a rèir claonadh an t-sruth-stiùiridh.Marino et al.Rinn 9 sgrùdadh air cuairteachadh cuideam balla timcheall air slat siolandair ann an yaw airflow.Mityakov et al.dhealbhaich 10 an raon luaths às deidh siolandair yawed a’ cleachdadh stereo PIV.Alam et al.Rinn 11 sgrùdadh coileanta air siolandairean tandem, a’ cuimseachadh air buaidh àireamh Reynolds agus co-mheas geoimeatrach air rùsgadh vortex. B’ urrainn dhaibh còig stàitean a chomharrachadh, is e sin glasadh, glasadh eadar-amail, gun ghlasadh, glasadh subarmonic agus stàitean ath-cheangail còmhdach rùsgaidh.
San fharsaingeachd, thathar an dùil gum bi coileanadh uisgeachaidh cealla aonad an urra ri rèiteachadh agus geoimeatraidh an structair a-staigh, mar as trice air a thomhas le co-dhàimhean empirigeach de thomhasan deuchainneach sònraichte. plàta orifice 15.Ann an cùis shònraichte slatan claon, ge bith an ann an sruth cuibhrichte no fosgailte, is e slat-tomhais inntinneach a tha gu tric air ainmeachadh anns an litreachas agus air a chleachdadh le luchd-dealbhaidh am meud uisgeachaidh as làidire (me, tuiteam cuideam, feachd, tricead rùsgaidh vortex, msaa) gus fios a chuir.) Ged nach eil co-aontachd anns an litreachas air raon dligheachd an t-slat-tomhais seo, ann an iomadh cùis tha e a’ toirt seachad tuairmsean feumail taobh a-staigh mì-chinnt deuchainneach a tha àbhaisteach ann an co-dhàimhean empirigeach.
Anns an obair a th’ ann an-dràsta, tha toraidhean an sgrùdaidh air cuideam a-staigh agus tuiteam cuideam ann an sianal le loidhne thar-thaobhach de cheithir slatan siolandair claon air an taisbeanadh. Tomhais trì co-chruinneachaidhean slat le trast-thomhas eadar-dhealaichte, ag atharrachadh ceàrn inclination. Mu dheireadh, thathas a’ cruthachadh co-dhàimhean leth-empirigeach gun tomhas a dh’ fhaodar a chleachdadh airson innealan uisgeachaidh coltach ris a dhealbhadh.
Anns an t-suidheachadh deuchainneach bha earrann deuchainn ceart-cheàrnach a fhuair sruth adhair air a sholarachadh le fanadair axial.Tha an roinn deuchainn a’ toirt a-steach aonad anns a bheil dà shlat meadhanach co-shìnte agus dà leth-slat freumhaichte ann am ballachan an t-seanail, mar a chithear ann am Fig. 1e, a h-uile gin de na h-aon trast-thomhas.
a earrann a-staigh (fad ann am mm).Cruthaich b a’ cleachdadh Openscad 2021.01, openscad.org.Prìomh earrann deuchainn (fad ann am mm).Cruthaichte le Openscad 2021.01, openscad.org c Sealladh tar-roinneil den phrìomh earrann deuchainn (fad ann am mm). Air a chruthachadh a’ cleachdadh Openscad 1,021, openscad. 2021.01, spreadh sealladh den roinn dheuchainnean aig openscad.org e.Cruthaichte le Openscad 2021.01, openscad.org.
Tha trì seataichean de shlatan de dhiofar trast-thomhas air an deuchainn. Tha Clàr 1 a' liostadh feartan geoimeatrach gach cùise.
Chaidh ìre sruthadh a-steach na h-earrainn deuchainn a thomhas le venturi calibrated, mar a chithear ann am Figear 2, agus chaidh a sgrùdadh le bhith a’ cleachdadh DP Cell Honeywell SCX.Tha an teòthachd siùbhlach aig taobh a-muigh na h-earrainn deuchainn air a thomhas le teirmiméadar PT100 agus air a smachdachadh aig 45 ± 1 ° C. Chaidh 4 trast-thomhas uisgeachaidh a chleachdadh eadar an scrion agus an t-slat mu dheireadh, agus b’ e fad an t-slat 11 trast-thomhas uisgeachaidh.
Diagram sgeamach den phìob Venturi a thathas a’ cleachdadh gus astar an t-sruth a-steach a thomhas (fad ann am millimeters). Air a chruthachadh le Openscad 2021.01, openscad.org.
Cum sùil air a’ chuideam air aon de aghaidhean an t-slat sa mheadhan le tap cuideam 0.5 mm aig meadhan plèana na h-earrainn deuchainn. Tha trast-thomhas an tap a’ freagairt ri rèis ceàrnach 5 °;mar sin tha an cruinneas ceàrnach timcheall air 2 °. Faodar an t-slat sgrùdaidh a thionndadh timcheall an axis aige, mar a chithear ann am Figear 3.Tha an eadar-dhealachadh eadar cuideam uachdar an t-slat agus an cuideam aig an t-slighe a-steach don roinn deuchainn air a thomhas le sreath eadar-dhealaichte DP Cell Honeywell SCX.
Tha an sruth a' sruthadh bho chlì gu deas agus air a bhacadh leis an t-slat.Thoir an aire gu bheil an sealladh "A" ceart-cheàrnach ri axis an t-slat.
Is e adhbhar an deuchainn tomhas agus mìneachadh a dhèanamh air an lùghdachadh ann an cuideam eadar na h-ionadan seanail agus an cuideam air uachdar an t-slat sa mheadhan, \(\theta\) agus \(\alpha\) airson diofar azimuths agus dips.
far a bheil \(\rho \) an dùmhlachd siùbhlach, is e \({u}_{i}\) an t-astar inlet cuibheasach, \({p}_{i}\) an cuideam inlet, agus \({p }_{ w} \) an cuideam aig puing sònraichte air balla an t-slat. àireamh an t-seanail Reynolds, \(Re\equiv {u}_{i}H/\nu\) (far a bheil \(H\) àirde an t-seanail, agus \(\nu \) an slaodachd cinematic) eadar 40,000 agus 67,000.Tha an t-slat Reynolds àireamh (\(Re\equiv {u}_{ 0) gu 5 \ 0 \ 0 \ 0) Is e an dian ence air a thomhas leis an claonadh àbhaisteach coimeasach de na comharran a chaidh a chlàradh san venturi 5% gu cuibheasach.
Tha Figear 4 a' sealltainn co-dhàimh \({Eu}_{w}\) leis a' cheàrn azimuth \(\theta\), parametered le trì ceàrnan dip, \(\alpha\) = 30°, 50° agus 70°.Tha na tomhasan air an roinn ann an trì grafaichean a rèir trast-thomhas an t-slat. Aig ceàrnan aghaidh-sruth, ie, θ bho 0 gu 90 °, bidh cuideam balla an t-slat a 'lùghdachadh, a' ruighinn ìre as ìsle aig 90 °, a tha a 'freagairt ris a' bheàrn eadar na slatan far a bheil an luaths as motha mar thoradh air crìochan raon srutha. Mar sin, tha cuideam air ais air cuideam de 00 ° gu 1, às deidh a 'chrìoch èideadh a' dol air ais bhon chrìoch gu 10 ° air sgàth 's gu bheil a' chrìoch fhathast air a sgaradh am balla slat.
Atharrachadh air an àireamh Euler den bhalla timcheall an t-slat airson diofar cheàrnan claon agus trast-thomhas slat.Cruthaichte le Gnuplot 5.4, www.gnuplot.info.
Anns na leanas, bidh sinn a’ dèanamh anailis air na co-dhùnaidhean stèidhichte air a’ bharail nach urrainnear àireamhan Euler a thomhas ach le paramadairean geoimeatrach, ie na co-mheasan faid feart \(d/g\) agus \(d/H\) (far a bheil \(H\) àirde an t-seanail) agus claonadh \(\ alpha \). {n}={u}_{i}\mathrm {sin} \alpha\). 'S e prionnsabal neo-eisimeileachd a chanar ris an seo uaireannan. 'S e aon de na h-amasan aig an anailis a leanas a bhith a' sgrùdadh a bheil am prionnsapal seo a' buntainn ris a' chùis againn, far a bheil sruth is cnapan-starra air an cuingealachadh ri seanailean dùinte.
Beachdaichidh sinn air a’ chuideam a chaidh a thomhas air beulaibh uachdar an t-slat eadar-mheadhanach, ie θ = 0. A rèir co-aontar Bernoulli, tha an cuideam aig an t-suidheachadh seo \({p}_{o}\) a’ sàsachadh:
far a bheil \({u}_{o}\) an luaths siùbhlach faisg air balla an t-slat aig θ = 0, agus tha sinn a' gabhail ris gu bheil call beag nach gabh atharrachadh air ais. Tha {w}\) faisg air ach chan eil e dìreach co-ionann ris an luach seo, gu h-àraidh airson ceàrnan dip nas motha. A' gabhail ris gur e meud an t-sluic gu h-àrd ro-mheasadh an luaths a-steach air a' chas (ie \({u}_{i}\mathrm{cos}\alpha\)), 's e an toradh àireamh Euler co-fhreagarrach:
Tha Figear 5 a' dèanamh coimeas eadar na co-aontaran.(3) Tha e a' sealltainn aonta mhath leis an dàta deuchainneach co-fhreagarrach. B' e an claonadh meadhanach 25%, agus b' e an ìre misneachd 95%. Thoir an aire gun robh an co-aontar. ), Cuideachd a’ leantainn gluasad a tha co-roinneil ri \({\mathrm{sin}}^{2}\alpha\).Anns an dà chùis, ge-tà, tha an co-èifeachd an urra ri trast-thomhas an t-slat, a tha reusanta leis gu bheil an tè mu dheireadh a’ dearbhadh an àite bacaidh. A' beachdachadh air a' bhacadh mar bhacadh ceart-cheàrnach ri axis an t-slat, faodar an t-ìsleachadh cuideam eadar aghaidh is cùl an t-slat a sgrìobhadh mar 18:
far a bheil \({c}_{d}\) na cho-èifeachd slaodadh a mhìnicheas an ath-bheothachadh pàirt-chuideam eadar θ = 90° agus θ = 180°, agus \({A}_{m}\) agus \({A}_{f}\) an ìre as lugha de chrois-earrann an-asgaidh gach aonad a tha ceart-cheàrnach ris an axis-slat \{{}A thaobh an t-slat-ais, agus an dàimh a th' aige ris an axis-slat \{{}A g + d \ deas) / g \). Is iad na h-àireamhan Euler co-fhreagarrach:
Àireamh Wall Euler aig \(\theta =0\) mar ghnìomh dip.Tha an lùb seo a' freagairt ris a' cho-aontar.(3).Cruthaichte le Gnuplot 5.4, www.gnuplot.info.
Tha àireamh Wall Euler ag atharrachadh, ann an \(\theta =18{0}^{o}\) (soidhne slàn) agus fàgail (soidhne falamh) le dip.
Tha Figear 7 a' sealltainn an eisimeileachd aig \({Eu}_{0-180}/{\mathrm{sin}}^{2}\alpha\) air \(d/g\), a' sealltainn fìor dheagh cunbhalachd.(5).Is e an co-èifeachd slaodadh a fhuaireadh \({c}_{d}=1.28\pm 0.02\) le cuideam de mhisneachd cuideachd eadar an aon ìre den ghraf agus an tuiteam a-mach. Tha an earrann deuchainn a' leantainn gluasad coltach ris, ach le co-èifeachdan eadar-dhealaichte a tha a' gabhail a-steach ath-bheothachadh cuideam anns a' bheàrn cùil eadar am bàr agus an t-seanail.
Tha an co-èifeachd tarraing co-cheangailte ris an tuiteam cuideam \(d/g\) air beulaibh agus air taobh clì an t-slat\(\ left({Eu}_{0-180}\deas)\) agus an ìsleachadh cuideam iomlan eadar an t-seanail a-steach agus a-mach. Is e an raon glas am bann misneachd 67% airson a’ cho-dhàimh.
Feumaidh an cuideam as ìsle \({p}_{90}\) air uachdar an t-slat aig θ = 90 ° làimhseachadh sònraichte.
Faodaidh an cuideam \({p}_{g}\) a bhith co-cheangailte ri cuideam uachdar an t-slat aig θ = 90 ° le bhith ag aonachadh an cuairteachadh cuideam thairis air a’ bheàrn a’ sgaradh an t-slat sa mheadhan eadar am meadhan agus am balla (faic Figear 8).Bheir cothromachadh cumhachd 19:
far a bheil \(y\) an co-chomharran àbhaisteach gu uachdar an t-slat bho mheadhan a' bheàirn eadar na slatan sa mheadhan, agus \(K\) mar lùbadh na loidhne làithreach aig an t-suidheachadh \(y\). tha curvature air a dhearbhadh leis an earrann ellipse den t-slat aig a’ cheàrn \(\alpha \), ie \(K\left(g/2\right)=\left(2/d\right){\ mathrm{sin} }^{2}\alpha \) (faic Figear 8). An uairsin, a thaobh curvature an sruth-sruthain a’ dol à bith aig \(y) co-chomharran a’ dol à bith aig \(y) co-òrdanachadh aig \(y) air a thoirt seachad le:
Sealladh tar-roinneil feart, aghaidh (clì) agus gu h-àrd (bonn). Air a chruthachadh le Microsoft Word 2019,
Air an làimh eile, a thaobh glèidhteachas tomad, tha an luaths cuibheasach ann am plèana ceart-cheàrnach ris an t-sruth aig an ionad tomhais \(\ langle {u}_{g}\rangle \) co-cheangailte ris an luaths a-steach:
far a bheil \({A}_{i}\) an raon sruth thar-roinneil aig sàilean an t-seanail agus \({A}_{g}\) an raon sruth thar-roinneil aig an ionad tomhais (faic Fig. 8) fa leth le :
Thoir an aire nach eil \({u}_{g}\) co-ionann ri \(\langle {u}_{g}\rangle\).Gu dearbh, tha Figear 9 a’ sealltainn a’ cho-mheas astair \({u}_{g}/\langle {u}_{g}\rangle\), air a thomhas leis a’ cho-aontar.(10)–(14), air a dhealbhadh a rèir a’ cho-mheasa \(did a dh’ aithnichear an gluasad). le dàrna òrdugh polynomial:
An co-mheas eadar luaths as àirde \({u}_{g}\) agus cuibheasachd\(\langle {u}_{g}\rangle\) de chrois-earrann meadhan an t-seanail\(.\) Tha na cromagan cruaidh is briste a' freagairt ris na co-aontaran.(5) agus raon caochladair nan co-èifeachdan co-fhreagarrach\(\pm 25\%\).ww.
Tha Figear 10 a' dèanamh coimeas eadar \({Eu}_{90}\) le toraidhean deuchainneach a' cho-aontar.(16).Bha an claonadh coimeasach cuibheasach aig 25%, agus b' e an ìre misneachd 95%.
An àireamh Wall Euler aig \(\theta ={90}^{o}\).Tha an lùb seo a' freagairt ris a' cho-aontar.(16).Cruthaichte le Gnuplot 5.4, www.gnuplot.info.
Faodar an fheachd lom \({f}_{n}\) a tha ag obair air an t-slat mheadhain ceart-cheàrnach ris an axis aice obrachadh a-mach le bhith ag aonachadh a’ chuideam air uachdar an t-slat mar a leanas:
far a bheil a’ chiad cho-èifeachd fad an t-slat taobh a-staigh an t-sianail, agus an aonachadh air a dhèanamh eadar 0 agus 2π.
Bu chòir an ro-mheasadh de \({f}_{n}\) taobh an t-sruth uisge a bhith co-ionnan ris a’ chuideam eadar an t-slighe a-steach agus a-mach an t-seanail, mura h-eil suathadh co-shìnte ris an t-slat agus nas lugha air sgàth leasachadh neo-choileanta na h-earrainn as fhaide air adhart Tha an gluasad momentum neo-chothromach.Mar sin,
Tha Figear 11 a’ sealltainn graf de na co-aontaran.(20) sheall aonta math airson a h-uile suidheachadh deuchainneach.
Tha an loidhne a' freagairt ris a' cho-aontar.(20).Bha co-èifeachd co-dhàimh Pearson aig 0.97.Cruthaichte le Gnuplot 5.4, www.gnuplot.info.
Ag atharrachadh ceàrn claon na slat, chaidh an cuideam aig balla uachdar an t-slat agus an lughdachadh cuideam san t-sianal le loidhnichean transverse nan ceithir slatan siolandair claon a thomhas.Chaidh trì co-chruinneachaidhean slat trast-thomhas eadar-dhealaichte a dhearbhadh. aig a 'bheàrn taobhach eadar na slatan, a' faighinn air ais aig a 'phàirt chùil mar thoradh air sgaradh còmhdach crìche.
Bithear a’ mion-sgrùdadh dàta deuchainneach a’ cleachdadh beachdachaidhean glèidhteachais momentum agus measaidhean leth-empirigeach gus àireamhan gun tomhasan eadar-dhealaichte a lorg a tha a’ buntainn àireamhan Euler ri meudan àbhaisteach seanalan agus slatan.
Thathas a’ faighinn a-mach gu bheil prionnsapal neo-eisimeileachd a’ cumail a’ mhòr-chuid de dh’ àireamhan Euler a tha a’ comharrachadh cuideam ann an diofar àiteachan, ie ma tha an cuideam gun tomhas a’ cleachdadh ro-mheasadh an luaths a-staigh àbhaisteach don t-slat, tha an seata neo-eisimeileach bhon cheàrn dip.A bharrachd air an sin, tha am feart co-cheangailte ri tomad agus gluasad an t-sruth.
Tha toradh gu sònraichte inntinneach a’ tighinn bhon mhion-sgrùdadh air an lughdachadh cuideam eadar an t-slighe a-steach agus a-mach na h-earrainn deuchainn.
Thoir an aire gur e meud \(\left(d/g+2\right)d/g\) ann an ainmear na co-aontar.(23) am meud ann am brathan san cho-aontar.(4), air neo faodar a obrachadh a-mach leis a' chrois-earrann as lugha agus saor an-asgaidh ceart-cheàrnach ris an t-slat, \({A}_{m}\) agus \({A} thathar a' moladh gu bheil an sgrùdadh seo a' fuireach taobh a-staigh an raoin sgrùdaidh ({A}). 40,000-67,000 airson seanalan agus 2500-6500 airson slatan). Tha e cudromach toirt fa-near ma tha eadar-dhealachadh teòthachd taobh a-staigh an t-sianail, dh’ fhaodadh e buaidh a thoirt air dùmhlachd siùbhlach.
Ruck, S., Köhler, S., Schlindwein, G., agus Arbeiter, F. Gluasad teas agus tomhas tuiteam cuideam ann an seanail air a garbhachadh le riban ann an cumadh eadar-dhealaichte air a’ bhalla.expert.Heat Transfer 31, 334–354 (2017).
Wu, L., Arenas, L., Uaighean, J., agus Walsh, F. Comharrachadh cealla sruthadh: sealladh sruthadh, tuiteam cuideam, agus còmhdhail mòr ann an dealanan dà-thaobhach ann an seanalan ceart-cheàrnach.J.Pàrtaidh Sòisealach Electrochemistry.167, 043505 (2020).
Liu, S., Dou, X., Zeng, Q. & Liu, J. Prìomh pharaimearan buaidh Jamin ann an capillaries le tar-roinnean cuibhrichte.J.Gasoline.science.Britain.196, 107635 (2021).


Ùine puist: Iuchar-16-2022