Un túnel de viento del es una herramienta de la investigación desarrollada para asistir con estudiar los efectos del aire que se mueven sobre o alrededor de objetos sólidos.

Maneras que la viento-velocidad y el flujo se miden en túneles de viento:
Los hilos de rosca se pueden atar a la superficie de los objetos del estudio para detectar el sentido de chorro y la velocidad relativa del flujo de aire.
El tinte o el humo se puede inyectar contra la corriente en la corriente de aire y las líneas aerodinámicas que teñen las partículas siguen fotografiado mientras que procede el experimento.
Las puntas de prueba del tubo de Pitot se pueden insertar en el flujo de aire para medir la presión de aire estática y dinámica.

Historia

Petirrojos ingleses (&ndash de Benjamin del ingeniero militar y del matemático 1707 ; el 1751 ) inventado un aparato girante del brazo para determinar la fricción e hizo algunos de los primeros experimentos en teoría de la aviación.

Sir George Cayley (1773-1857), el “padre de la aerodinámica”, también utilizó un brazo girante para medir la fricción y la elevación de varias superficies de sustentación. Su brazo girante era 5 velocidades superiores largas y logradas de los pies entre 10 y 20 pies por segundo. Armado con datos de prueba del brazo, Cayley construyó un pequeño planeador que se cree para haber sido el primer vehículo acertado del pesado-que-aire para llevar a un hombre en historia.

Sin embargo, el brazo girante no produce un flujo confiable de aire que afecta la forma de la prueba en una incidencia normal. Fuerzas centrífugas y el hecho de que el objeto se esté moviendo en su propio medio de la estela que la examinación detallada de la circulación de aire sea difícil. El Francisco Herberto Wenham (1824-1908), miembro del Consejo de la sociedad aeronáutica de Gran Bretaña, abordó estas ediciones inventando, diseñando y funcionando el primer túnel de viento incluido en 1871.

Una vez que esta brecha había sido alcanzada, los datos técnicos detallados fueron extraídos rápido por el uso de esta herramienta. Wenham y su bronceado del colega se acreditan con muchos descubrimientos fundamentales, incluyendo la medida de los cocientes de l/d, y la revelación de los efectos beneficiosos de un alto cociente de aspecto .

El Carl Rickard Nyberg utilizó un túnel de viento al diseñar su Flugan 1897 y hacia adelante.

En un sistema de experimentos clásico, el Osborne Reynolds (1842-1912) del inglés de la universidad de Manchester demostró que el patrón de la circulación de aire sobre un modelo de escala sería igual para el vehículo completo si cierto parámetro del flujo estaba igual en ambos casos. Este factor, ahora conocido como el número de Reynolds, es un parámetro básico en la descripción de todo el líquido-fluye las situaciones, incluyendo las formas de los patrones de flujo, la facilidad del traspaso térmico, y el inicio de la turbulencia. Esto abarca la justificación científica central para el uso de modelos en túneles de viento de simular fenómenos de la vida real.

El uso de los hermanos de Wright de un túnel de viento simple en el 1901 de estudiar los efectos de la circulación de aire sobre varias formas mientras que desarrollar su aviador de Wright era en cierto modo revolucionario. Puede ser visto del antedicho, sin embargo, que utilizaban simplemente la tecnología aceptada del día, aunque esto no era todavía una tecnología común en América.

El uso subsecuente de los túneles de viento proliferados como la ciencia de la aerodinámica y la disciplina de la ingeniería aeronáutica fueron establecidos y el transporte aéreo y la energía fueron desarrollados.

Los túneles de viento fueron limitados a menudo en el volumen y la velocidad de la circulación de aire que podría ser entregada.

El túnel de viento usado por los científicos alemanes en el Peenemünde antes y durante WWII es un ejemplo interesante de las dificultades asociadas a prolongar la gama útil de túneles de viento grandes. Utilizó algunas cuevas naturales grandes que fueron aumentadas de tamaño en la excavación y después selladas para almacenar los volúmenes grandes de aire que se podrían entonces encaminar a través de los túneles de viento. Este acercamiento innovador no prohibido la investigación del laboratorio en regímenes de alta velocidad y grandemente acelerado el índice de avance de esfuerzos de la ingeniería aeronáutica de Alemania.

La investigación posterior en circulaciones de aire cerca o sobre de la velocidad del sonido utilizó un acercamiento relacionado. Los compartimientos de presión del metal fueron utilizados para almacenar el aire de alta presión que entonces fue acelerado a través de un inyector diseñado para proporcionar flujo supersónico. El compartimiento de la observación o de la instrumentación entonces fue puesto en la localización apropiada en la garganta o el inyector para la velocidad aérea deseada.

Para los usos limitados, la dinámica flúida de cómputo (CFD) puede aumentar o substituir posiblemente el uso de los túneles de viento. Por ejemplo, el experimental SpaceShipOne del plano de Rocket fue diseñado sin ningún uso de los túneles de viento. Sin embargo, en una prueba, los hilos de rosca del vuelo fueron atados a la superficie de las alas, realizando un tipo del túnel de viento de prueba durante un vuelo real para refinar el modelo de cómputo. Debe ser observado que, para las situaciones adonde fluye el externo turbulento está presente, CFD no es práctico debido a las limitaciones en los actuales recursos de computación del día. Por ejemplo, un área que sigue siendo mucho también complejo para el uso del CFD está determinando los efectos del flujo en y alrededor de las estructuras, de los puentes, del terreno, del etc.

La mayoría del modo eficaz al flujo turbulento externo simulador está con el uso de un túnel de viento de la capa de límite.

Hay muchos usos para el modelado de túnel de viento de la capa de límite. Por ejemplo, la comprensión del impacto del viento en los edificios altos, las fábricas, los puentes, el etc. puede ayudar a diseñadores del edificio a construir una estructura que haga frente a efectos de viento de la manera más eficiente posible. Otro uso significativo para el modelado de túnel de viento de la capa de límite está para los patrones de dispersión de comprensión del gas de escape para los hospitales, los laboratorios, y otras fuentes de emisión. Otros ejemplos de los usos del túnel de viento de la capa de límite son gravámenes de la deriva peatonal de la comodidad y de la nieve. El modelado de túnel de viento se acepta como método para ayudar en diseño del edificio del verde. Por ejemplo, el uso del modelado de túnel de viento de la capa de límite se puede utilizar como crédito para la dirección en la certificación de la energía y del diseño ambiental (LEED) a través del consejo verde del edificio de los E.

Las pruebas de túnel de viento en un túnel de viento de la capa de límite permiten la fricción natural de la superficie de tierra ser simuladas. Que la exactitud, es importante simule los efectos del perfil y de la turbulencia de la velocidad del viento malo dentro de la capa de límite atmosférica. La mayoría de los códigos y de los estándares reconocen que la prueba de túnel de viento puede presentar la información confiable para los diseñadores, especialmente cuando sus proyectos están en terreno complejo o en sitios expuestos.

Cómo trabaja

El aire está soplado o aspirado a través de un conducto equipado de un puerto y de una instrumentación de la visión donde los modelos o las formas geométricas se montan para el estudio. El aire se mueve típicamente a través del túnel usar una serie de ventiladores. Para los túneles de viento muy grandes varios metros en diámetro, un solo ventilador grande no son prácticos, y tan en lugar de otro un arsenal de ventiladores múltiples se utiliza paralelamente para proporcionar la suficiente circulación de aire. Debido al volumen y a la velocidad escarpados del movimiento de aire requeridos, los ventiladores se pueden accionar por los motores inmóviles de Turboventilador algo que los motores eléctricos.

La circulación de aire creada por los ventiladores que está entrando en el túnel es sí mismo alto turbulento debido al movimiento de la aspa del ventilador, y así que no es directo útil para las medidas exactas. El aire que se mueve a través del túnel necesita ser relativamente turbulencia-libre y el laminar. Para corregir este problema, una serie de paletas verticales y horizontales closely-spaced del aire se utiliza para allanar la circulación de aire turbulenta antes de alcanzar el tema de la prueba.

Debido a los efectos de la viscosidad, la sección representativa de un túnel de viento es típicamente circular algo que cuadrado, porque habrá mayor constricción del flujo en las esquinas de un túnel cuadrado que pueda hacer el flujo turbulento. Un túnel circular proporciona un flujo mucho más liso.

El revestimiento interior del túnel es típicamente muy liso reducir la fricción y la turbulencia superficiales que podrían afectar la exactitud de la prueba. Incluso las paredes lisas inducen una cierta fricción en la circulación de aire, y así que el objeto que es probado se guarda generalmente cerca del centro del túnel, con una zona tapón vacía entre el objeto y las paredes del túnel.

La iluminación se ahueca en las paredes circulares del túnel y brilla generalmente adentro a través de ventanas. Si la luz fuera montada en la superficie interior del túnel en una manera convencional, la bombilla generaría turbulencia como sopla alrededor de él. Simarly, observación se hace generalmente a través de portas transparentes en el túnel. Algo que simplemente siendo discos planos, éstos la iluminación y ventanas panorámicas se puede curvar para emparejar la sección representativa del túnel y para reducir más lejos turbulencia alrededor de la ventana.

Las varias técnicas se utilizan para estudiar la circulación de aire real alrededor de la geometría y para compararla con los resultados teóricos, que deben también considerar el número de Reynolds y el número de Mach para el régimen de la operación.

Medidas de la presión

La presión a través de las superficies del modelo puede ser medida si el modelo incluye golpecitos de presión. Esto puede ser útil para los fenómenos presión-dominados, pero éste explica solamente fuerzas normales en el cuerpo.

Medidas de la fuerza y del momento

Con el modelo montó en un equilibrio, uno de la fuerza puede medir la elevación, la fricción, fuerzas laterales, desvío, el rodillo, y momentos del cabeceo sobre una gama del ángulo de ataque . Esto permite que uno produzca curvas comunes tales como coeficiente de la elevación contra el ángulo de ataque (demostrado).

Observar que el equilibrio sí mismo de la fuerza crea la turbulencia de la fricción y del potencial que afectará al modelo e introducirá errores en las medidas. Las estructuras portantes por lo tanto se forman típicamente suavemente para reducir al mínimo turbulencia.

Visualización de flujo

Porque el aire es transparente es difícil observar directo el movimiento de aire sí mismo. En lugar, un humo de partículas o una niebla fina del líquido se rocía en el túnel apenas delante del dispositivo que es probado. La macropartícula es masa suficientemente baja a permanecer suspendida en el aire sin caer al piso del túnel, y es bastante ligera moverse fácilmente con la circulación de aire.

Si el movimiento de aire en el túnel es suficientemente non-turbulent, una corriente de la partícula lanzada en la circulación de aire no se romperá para arriba como el aire se mueve adelante, pero permanece junta como línea fina aguda. Las corrientes múltiples de la partícula lanzadas de una rejilla de muchos inyectores pueden proporcionar una forma tridimensional dinámica de la circulación de aire alrededor del objeto que es probado. Como con el equilibrio de la fuerza, estas pipas de inyección e inyectores necesitan ser formados de una forma que reduce al mínimo la introducción de circulación de aire turbulenta en la corriente aérea.

La turbulencia y los vórtices de alta velocidad pueden ser difíciles de considerar directo, pero las luces del estroboscópico y las cámaras de la película o las cámaras digitales de alta velocidad pueden ayudar a capturar los acontecimientos que son una falta de definición al ojo desnudo.

Las cámaras de alta velocidad también se requieren cuando el tema de la prueba sí mismo se está moviendo en la velocidad, tal como un propulsor de aeroplano. La cámara puede capturar imágenes del parar-movimiento de cómo la lámina corta a través las corrientes de partículas y de cómo los vórtices se generan a lo largo de los bordes de fuga/posterior de la lámina móvil.

Clasificación del túnel de viento

Hay muchas diversas clases de túneles de viento, una descripción se da en la figura abajo:
túnel de viento de poca velocidad
Túnel de viento de alta velocidad
Túnel de viento supersónico
Túnel de viento hipersónico

Lista de túneles de viento

Túnel de viento unitario del plan
Túnel de viento de Trisonic

Ver también


Diseño del automóvil
Túnel de viento vertical
Picadura (accesorio)

Saetín de Aquadynamic

Los principios aerodinámicos del trabajo del túnel de viento igualmente en watercraft, a menos que el agua sea más viscosa y así que impone mayores fuerzas ante el objeto que es probado. Un saetín de colocación se utiliza típicamente para la prueba aquadynamic subacuática. La interacción entre 2 diversos tipos de líquidos significa que la prueba pura del windtunnel es solamente en parte relevante. Sin embargo, una clase similar de investigación se hace en un tanque del remolque

Prueba líquida de gran tamaño de poca velocidad

El aire no es siempre el mejor medio de prueba para estudiar los principios aerodinámicos en reducida escala, debido a la velocidad del flujo de aire y del movimiento de la superficie de sustentación. Un estudio de las alas de la mosca del vinagre diseñó entender cómo las alas producen la elevación fueron realizadas utilizaron un tanque grande de aceite mineral y de alas tamaño 100 veces más en gran parte que real, para retrasar los golpes del ala y hacer los vórtices generados por las alas del insecto más fáciles ver y entender. '' Ciencia popular, diciembre de 2002 ''

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