Rüzgar tüneli

Nesnelerin aerodinamik ve aeroakustik özelliklerini incelemek ve ölçmek için bir rüzgar tüneli kullanılır .

Bir MD-11 modeli ile NASA rüzgar tüneli

En iyi bilinenleri muhtemelen uçakların ve arabaların rüzgar tüneli incelemeleridir . Rüzgar tünelindeki araştırmalar, hava direncini , dinamik kaldırmayı veya aeroelastisiteden kaynaklanan deformasyonları araştırmak için kullanılır .

Rüzgar tünellerinde yüksek bina , baca , köprü gibi yapıların modelleri de incelenmektedir. Bunların amacı, fırtınalar sırasında beklenen rüzgar kuvvetlerine orijinal boyutlarında dayanıp dayanamayacaklarını değerlendirmektir. Rüzgar akışını doğru bir şekilde simüle edebilmek için, bazen yakın çevrenin tamamının modellenmesi gerekir. Rüzgar tünelinde ölçeklendirme yapılmadan yalnızca birkaç nesne anlamlı bir şekilde incelenebilir. Arabalar bir istisnadır çünkü çok büyük değildirler ve nispeten düşük hava hızları yeterince büyük rüzgar tünellerine izin verir. Ölçekli modeller , uçaklar veya binalar için kullanılır. Bir cismin etrafındaki akışın şekli, Reynolds sayısına bağlıdır . Gerçekçi sonuçlar elde etmek için, rüzgar tünelindeki inceleme, orijinal etrafındaki akışa karşılık gelen aynı Reynolds sayısı ile yapılmalıdır. Bu, ortamın daha yüksek yoğunluğu veya daha yüksek bir hız ile elde edilebilir.

inşaat

Rüzgar tüneli testinde paraşüt

Rüzgar tünelleri, hava akışını oluşturan bir veya daha fazla üfleyici, mümkün olan en düzgün, türbülanssız akışı sağlamaya yönelik doğrultucu elemanlar, hava akışını hızlandırmak için bir nozul ve incelemelerin yapıldığı asıl ölçüm bölümünden oluşur . . Ölçüm bölümündeki akış mümkün olduğunca düzgün, paralel ve türbülans ve gürültü açısından düşük olmalıdır. Rüzgar tünelindeki türbülans derecesi, türbülanslı dalgalanma hızları hakkında nicel bir ifade sağlar. Grafikte görüldüğü gibi ölçüm bölümü açık olabilir, i. Başka bir deyişle, akış nozuldan bir ölçüm salonuna üflenir ve ölçüm salonunun diğer tarafında bir kollektör veya kollektör tarafından toplanır, ölçüm salonundaki hareketli ve duran hava arasında bir kesme tabakası oluşur. Bununla birlikte, ölçüm bölümünde akışın duvarlardan da yönlendirildiği kapalı ölçüm bölümleri ve bu duvarların bazılarında yarıkların sağlandığı yarıklı ölçüm bölümleri de bulunmaktadır.

Ses altı hız aralığı için Göttingen tasarımında kapalı dolaşımlı rüzgar tüneli

Rüzgar tünellerinin hava kanalı da açık veya kapalı olabilir. Açık tasarım ile hava ortamdan emilir, ölçüm bölümünden akar ve diğer uçtan tekrar açıklığa kaçar. Kapalı hava kanalları halka şeklindedir. Burada ölçüm bölümünden sonra kollektör tarafından alınan hava akımı fana geri beslenir. Düşük sıcaklıklar ve yüksek basınç sadece kapalı rüzgar tünellerinde ( iklimsel rüzgar tüneli ) oluşturulabilir. Ses altı hızlar için rüzgar tünellerinin çapı birkaç metre olabilirken, yüksek ses üstü menzil için rüzgar tünellerinin boyutu birkaç santimetreye kadar küçülür.

Rüzgâr tüneli deneyleri, esas olarak bunların yaratılmasında yer alan yüksek yatırım harcamaları nedeniyle, her zaman yüksek maliyetlerle ilişkilendirilir. Bu nedenle, günümüzde deneyleri sayısal akış simülasyonu (HAD, hesaplamalı akışkanlar dinamiği ) ile değiştirmek için girişimlerde bulunulmaktadır . Fenomenler bugün zaten oldukça iyi temsil ediliyor. Ancak gerçekte, rüzgar tüneli deneylerini sayısal simülasyonla değiştirme vizyonu hala çok uzakta. Bu, aeroakustik simülasyon (CAA, Hesaplamalı Aeroakustik ) için daha da doğrudur .

Rüzgar tünelleri çalışma şekillerine göre şu şekilde sınıflandırılabilir:

Fanla çalışan rüzgar tünelleri

16ft NASA transonik rüzgar tüneli
  1. Açık kanal veya Eyfel kanalı : atmosferden test gazını çeker ve tekrar üfler.
  2. Kapalı kanal veya Göttingen kanalı : test gazını kapalı bir devrede döndürür. Çalışma basıncının ve sıcaklığının değiştirilmesine izin verir
  3. kriyokanal

Depolama rüzgar tünelleri (aralıklı çalışma)

  1. Basınç akümülatörü rüzgar tüneli: bir basınçlı kaptan rüzgar tüneli ölçüm bölümüne gaz akışlarını test edin. Gerekli test gazının basınç ve sıcaklık kontrolü.
  2. Vakum depolama rüzgar tüneli: test gazı atmosferden vakumlu depolamaya emilir. Basınç ve sıcaklık kontrolü gerekmez.

Kararsız basınç dalgalarıyla çalıştırılan rüzgar tünelleri

Temel prensip: Yüksek basınçlı bir depolama borusu, düşük basınçlı borudan bir patlama membranı ile ayrılır. Membran patladığında, kararsız basınç dalgaları ortaya çıkar. Kararsız bir şok dalgası, aynı yönde bir iz akışı ile düşük basınçlı boruya girer. Aynı zamanda, yüksek basınçlı boruya sabit olmayan bir genleşme dalgası girer ve bu, dalganın hareket yönünün tersi yönde bir akışa neden olur. Bu şekilde indüklenen akımlar, çeşitli test tesislerinde kullanılır.

  1. Şok tüpü veya şok tüpü : Kararsız şok dalgasının uyanma akışını kullanır. Milisaniye aralığında ölçüm süreleri. Varyantlar: Şok dalgası kanalı: süpersonik bir meme ile test gazının hızlanması sonrası.
  2. Boru rüzgar tüneli veya Ludwieg borusu : Test gazı, kararsız bir genişleme dalgası tarafından önceden hızlandırılır ve bir rüzgar tüneli nozulu ile sonradan hızlandırılır. Genişleme dalgası, her iki yönde de büyük uzunlukta tasarlanabilen depolama tüpünden geçer, böylece saniye aralığında ölçüm süreleri elde edilebilir.

Tarihi

Dessau'daki Hugo Junkers Teknik Müzesi'ndeki tarihi rüzgar tüneli
Henrich Fockes rüzgar tüneli , 2005

Eyfel Kanalı

Olarak 1905 ve 1906, Gustave Eiffel yapmasına izin vererek Eiffel Kulesi dikdörtgen ve oval tabak akış direnci araştırma yapan kulesinin ikinci platformdan yönlendirilen bir çelik halat üzerinde dikey olarak aşağıya doğru düşer. Plakaya etkiyen kuvvet, isli kağıtla sarılmış metal bir silindir üzerine kaydedilmiştir. 1909'da Gustave Eiffel , 1912'de Auteuil'e taşınan Champ de Mars'ta rüzgar tüneli olan bir laboratuvar inşa etti . Laboratoire Aerodynamique Eiffel hala orada bugün ziyaret edilebilir. Rüzgar tüneli, bir yandan havanın bir elektrikli fan yardımıyla emildiği kapalı bir ölçüm kabininden oluşuyordu (bunun için "70 HP" güç, Eyfel Kulesi'nin güç merkezi tarafından sağlandı). Odanın karşı tarafında, hava büyük bir depolama odasından bir ağızlıktan ölçüm bölümünün içine akıyordu. Bu şekilde üretilen hava jetinde, Eiffels çalışanları daha sonra uçaklar için ilk kanat şekillerinin davranışına yönelik sistematik araştırmalar da yaptılar. Dış hava ile beslenen bu tip açık kanal bu nedenle "Eyfel Kanalı" olarak da adlandırılır. Bir Eyfel kanalının dezavantajı, havanın emildiği ortamdan sıcaklık ve basınç dalgalanmalarının yanı sıra hız farklılıklarının ölçüm bölümüne devam etmesi, böylece akışın sadece belirli sınırlar içinde tutulabilmesi ve laminer olarak ayarlanabilmesidir.

Göttingen Kanalı

Ludwig Prandtl 1904, bir su kanalı , sıvı akışlarının görselleştirilmesi için sözde Prandtl kanalı, Göttinger tipi rüzgar tünelinden ilham aldı

Bu nedenle, diğer şeylerin yanı sıra, Ludwig Prandtl geliştirilen rüzgar tünelinin farklı biçim ve 1908 yılında ilk kez uygulanan aerodinamik modeli Araştırma Enstitüsü kurduğu yılında Göttingen'de . Göttingen tipi bir rüzgar tünelinde, ölçüm bölümünün arkasındaki hava, bir toplama hunisindeki bir fan tarafından emilir ve buradan bir kanal aracılığıyla ölçüm bölümünün önündeki memeye geri akar. Bu sayede kanaldaki havanın fiziksel özellikleri iyi bir şekilde kontrol edilebilir. z yapabilirsiniz. B. Tüm kanalı ve ölçüm bölümünü yüksek basınç veya soğutma altına getirin. 120 bar'a kadar basınçların veya -200 °C'ye kadar sıcaklıkların kullanıldığı kanallar mevcuttur. Kural olarak, Göttingen tarzı bir kanal da daha yüksek bir verimliliğe sahiptir , çünkü ölçüm bölümünden dışarı akan havanın kinetik enerjisi yeniden kullanılır. Bu nedenle, yüksek güç / jet hızına sahip çoğu rüzgar tüneli kapalı devredir.

Bu yapım yöntemi, Prandtl'ın Hannover'de akan suyla incelemeler yaptığı deneysel bir kanaldan esinlenmiştir . Yaklaşık 2 m uzunluğunda ve 20 cm genişliğindeki bu kanalda fan yerine bir el krankı vasıtasıyla su çarkı döndürülerek ölçüm yapılan bölümdeki su emilerek aşağıda bulunan bir akış kanalı ile tekrar kanala çekildi. ölçüm bölümünün diğer tarafı akar. Açık kanala yukarıdan engeller sokulabilir ve etraflarındaki akış gözlemlenebilir.

Ayrıca bakınız

Edebiyat

  • Theo Hottner: Yüzyıllık rüzgar tüneli teknolojisi. Bilanço ve perspektif . GRIN Verlag, Münih 2019, ISBN 978-3-346-00574-8 .
  • Bill Addis: Rüzgar mühendisliğinde fiziksel model testinin tarihsel kullanımı , içinde: İnşaat ve bina mühendisliği tasarımında tarihsel ve güncel kullanımları , ed.Bill Addis. İnşaat Tarihi Dizisi, Werner Lorenz tarafından ed . Berlin: Ernst & Oğul . Berlin: Ernst & Sohn 2021, s. 711–751, ISBN 978-3-433-03257-2 .
  • Francesco Dorigatti: Sınır katmanlı rüzgar tüneli model testi - mevcut uygulama : İnşaat ve bina mühendisliği tasarımında tarihsel ve güncel kullanımları , ed. Bill Addis. Yapı Tarihi Dizisi, Karl-Eugen Kurrer ve Werner Lorenz tarafından ed. Berlin: Ernst & Sohn 2021, s. 889–939, ISBN 978-3-433-03257-2 .

İnternet linkleri

Commons : Rüzgar Tünelleri  - Görüntüler, videolar ve ses dosyaları koleksiyonu
Vikisözlük: Rüzgar tüneli  - anlam açıklamaları, kelime kökenleri, eş anlamlılar, çeviriler

Notlar ve Kanıtlar

  1. ↑ Laboratoire aérodynamique Eiffel , 67 Rue Boileau, XVI. Bölge, Paris
  2. ↑ Aérodynamique Eiffel et sa sufle
  3. ↑ DNW - Alman Hollanda Rüzgar Tünelleri