CARATTERIZZAZIONE DEL FLUSSO DELLA GALLERIA DEL VENTO DALLARA. G.V. Iungo, G. Lombardi

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1 CARATTERIAIONE DEL FLSSO DELLA GALLERIA DEL VENTO DALLARA G.V. Iungo, G. Lombardi DDIA Marzo 2008

2 Indice Pagina 1 Misure d anemometro a filo caldo e di Pitot statico Set-up Analisi dei dati 3 2 Misure con sonda a cinque fori Set-up Analisi dei dati 6 3 Conclusioni 7 Appendice A 8 Appendice B 15 1

3 Caratterizzazione della galleria del vento Dallara Per caratterizzare il flusso in camera di prova della galleria del vento Dallara sono state eseguite delle misure mediante anemometro a singolo filo caldo, Pitot statico, e mediante una sonda di pressione a cinque fori. L obiettivo di questi tests è quello di valutare il livello di turbolenza del flusso, ed inoltre di verificare la possibile presenza di disomogeneità del flusso o di componenti trasversali della velocità. L origine del sistema di riferimento utilizzato durante la seguente campagna di prove è stata fissata in corrispondenza del centro di rotazione del modello, giacente sul piano verticale di mezzeria della camera di prova e sul tappeto della galleria. L asse X è diretto nella direzione del flusso e parallelo all asse longitudinale della camera di prova. L asse è definito dalla direzione verticale, positivo dal basso verso l alto, mentre l asse viene definito in modo da generare una terna di riferimento levogira. Generalmente le misure sono state effettuate con tre diverse velocità del flusso (45, 50 e 55 m/s) ed in corrispondenza di due diversi piani perpendicolari al flusso (X=-1285 mm e X=1050 mm). 1. Misure d anemometro a filo caldo e di Pitot statico 1.1 Set-up Per la verifica dell omogeneità del flusso in camera di prova sono state effettuate misure mediante Pitot statico, riportato in Fig. 1. La sonda è caratterizzata da un lato di lunghezza maggiore di circa 13 cm ed un lato più corto di circa 8 cm; all estremità di quest ultimo sono riportati i fori di misura. Il diametro della sonda è di circa 2 mm. La sonda è collegata tramite due tubi di silicone ad un trasduttore di pressione differenziale SETRA modello 239, range 0 15 inch WC. Il valore di velocità corrispondente ad una data misura di pressione dinamica è ottenuto tramite la misura della temperatura statica ottenuta attraverso una sonda Tecnopound Pt100. Figura 1: Pitot statico. Il livello di turbolenza del flusso è stato caratterizzato mediante un anemometro a filo caldo, singola componente Dantec, modello 55. La sonda è stata montata sull apposito supporto, riportato in Fig. 2, e poi collegata ad un IFA AN 1003 A.A. Lab System. La sonda è calibrata mediante legge polinomiale del quarto ordine utilizzando come velocità di riferimento quelle misurate tramite il Pitot statico. Figura 2: Supporto dell anemometro a filo caldo. 2

4 Il Pitot statico e l anemometro sono stati montati contemporaneamente sul supporto di movimentazione ad una distanza di 10 cm in direzione orizzontale. 1.2 Analisi dei dati Nell Appendice A si riportano i dati ottenuti dalle misure effettuate mediante Pitot statico ed anemometro a filo caldo. Di seguito si riportano le figure relative ai valori medi dei segnali di velocità ottenuti con il Pitot statico Mean inf=55 m/s 54.0 Mean inf=55 m/s Figura 3: Misure di Pitot statico =55 m/s: Sx) X=-1285 mm; Dx) X=1050 mm Mean inf=50 m/s 49.0 Mean inf=50 m/s Figura 4: Misure di Pitot statico =50 m/s: Sx) X=-1285 mm; Dx) X=1050 mm Mean inf=45 m/s 44.0 Mean inf=45 m/s Figura 5: Misure di Pitot statico =45 m/s: Sx) X=-1285 mm; Dx) X=1050 mm. 3

5 Dalle seguenti misure è evidente che a partire da =500 mm e procedendo verso l esterno della camera di prova si ha una netta riduzione della velocità sino a giungere in posizione =1000 mm (posizione effettiva del Pitot statico =1100 mm) in cui si ha una riduzione di circa 5 m/s rispetto al flusso misurato in corrispondenza della mezzeria della camera di prova. Tale fenomeno si è riscontrato in maniera analoga indipendentemente dal valore della velocità del flusso asintotico, della quota o della posizione lungo l asse della galleria. Nella direzione opposta, ovvero quella con valori negativi della coordinata, questo fenomeno è del tutto assente, se non per lievi riduzioni della velocità in corrispondenza di =-1000 mm, che potrebbero essere imputabili alla vicinanza della sonda ai montanti del sistema di movimentazione. na riduzione della velocità misurata attraverso il Pitot statico è dovuta ad una disomogeneità della componente assiale della velocità, la quale potrebbe essere l effetto di un vettore velocità con un minor modulo rispetto a quelli riscontrati negli altri punti di misura, o ad un vettore velocità con un modulo invariato ma ruotato rispetto all asse di galleria, e quindi caratterizzato da una componente trasversale di velocità non trascurabile, ma non rilevabile da un tubo di Pitot statico. In fine, si osserva che in direzione del flusso e al variare della quota non si sono riscontrate disomogeneità del flusso. Di seguito si riportano i livelli di turbolenza misurati mediante l anemometro a filo caldo, singola componente Turbulence Level inf=55 m/s 0.60 Turbulence Level inf=55 m/s Tu [%] 0.30 Tu [%] Figura 6: Livello di turbolenza valutato mediante anemometro a filo caldo =55 m/s: Sx) X=-1285; Dx) X= Turbulence Level inf=50 m/s 0.60 Turbulence Level inf=50 m/s Tu [%] Tu [%] Figura 7: Livello di turbolenza valutato mediante anemometro a filo caldo =50 m/s: Sx) X=-1285; Dx) X=

6 0.60 Turbulence Level inf=45 m/s 0.60 Turbulence Level inf=45 m/s Tu [%] 0.30 Tu [%] Figura 8: Livello di turbolenza valutato mediante anemometro a filo caldo =45 m/s: Sx) X=-1285; Dx) X=1050. Dalle precedenti figure è evidente che il livello di turbolenza in camera di prova è decisamente esiguo: per le misure effettuate a X=-1285 mm si ha generalmente un livello di turbolenza all incirca del 0.15% in mezzeria. Avvicinandosi alle pareti della camera di prova le fluttuazioni aumentano (circa 0.30%), anche se tale effetto è molto probabilmente dovuto alla presenza dei montanti del sistema di movimentazione. Le misure effettuate a X=-1285 mm, =100 mm presentano un livello di turbolenza leggermente maggiore rispetto alle quote superiori testate: questa caratteristica è molto probabilmente dovuta alla vicinanza dello strato limite sul suolo generatosi in assenza di rotazione del tappeto mobile. Le misure effettuate a X=1050 mm presentano un livello di turbolenza leggermente maggiore rispetto a X=-1285 mm, ovvero 0.20% in mezzeria e circa 0.40% in prossimità dei montanti del sistema di movimentazione. Le misure effettuate a X=1050 mm, =1450 mm presentano delle fluttuazioni maggiori principalmente dovute all eccessiva instabilità del sistema di movimentazione in tale posizione. In fine, considerando la rottura del tappeto mobile e del sistema di aspirazione dello strato limite, ed inoltre l eccessiva instabilità del sistema di movimentazione alle velocità di flusso testate, è possibile affermare che generalmente nella zona di modello della camera di prova vi è un livello di turbolenza di circa 0.15%. 5

7 2. Misure con sonda a cinque fori 2.1 Set-up Per verificare la presenza di possibili componenti trasversali della velocità sono state effettuate delle misure mediante una sonda di pressione a cinque fori, riportata in Fig. 9. La sonda è caratterizzata da un diametro esterno di circa 10 mm ed una distanza tra fori diametralmente opposti di circa 7 mm. Figura 9: Sonda di pressione a cinque fori. La differenza di pressione tra i fori 2 e 4, posizionati in un piano verticale, è stata misurata attraverso un trasduttore SETRA modello 239, range inch WC, mentre la misura della differenza di pressione tra i fori 1 e 3, posizionati alla stessa quota, è stata effettuata mediante un trasduttore SETRA modello 239, range inch WC. La misura dell angolo d incidenza, α (angolo formato tra la componente verticale e quella assiale della velocità), e quella dell angolo di sideslip, β (angolo formato tra la componente orizzontale e quella assiale della velocità), è stata effettuata mediante calibrazione con legge lineare utilizzando come input il rapporto tra la pressione differenziale tra due fori diametralmente opposti e la pressione dinamica misurata con il Pitot statico. L accuratezza delle misure angolari è di circa ±1, inoltre si fa presente da parte degli ingegneri Dallara un errore di posizionamento in β di Analisi dei dati Tutti i dati delle misure effettuate mediante la sonda di pressione a cinque fori sono riportati nell Appendice B. Nelle figure seguenti si riportano i risultati delle misure effettuate mediante la sonda di pressione a cinque fori. Delta Press X-1285 Angles X-1285 [Pa] DP Alfa Dp Beta [deg] Alfa Beta Figura 10: Misure con sonda a cinque fori per la condizione X=-1285 mm, =550 mm: Sx) Pressione differenziale tra due fori diametralmente opposti; Dx) angoli di incidenza e di sideslip. 6

8 Delta Press X Angles X [Pa] DP Alfa Dp Beta [deg] Alfa Beta Figura 10: Misure con sonda a cinque fori per la condizione X=-1285 mm, =0 mm: Sx) Pressione differenziale tra due fori diametralmente opposti; Dx) angoli di incidenza e di sideslip. Data l accuratezza dello strumento (±1 ), è difficile caratterizzare in maniera dettagliata l andamento delle componenti trasversali del flusso, mentre questo tipo di misure è sicuramente valido per individuare zone della camera di prova in cui sono presenti forti deflessioni del flusso, ovvero quando l angolo formato tra il vettore velocità e l asse longitudinale della camera di prova è sicuramente maggiore di 1. Questo è sicuramente il caso delle misure effettuate a X=-1285 mm, =550 mm, = 500 mm e =750 mm. Per questi due punti di misura è stato riscontrato un angolo di incidenza praticamente nullo, mentre l angolo di sideslip è decisamente non trascurabile. Inoltre, tale caratteristica è risultata essere del tutto indipendente dalla velocità del flusso asintotico. La componente di velocità orizzontale risultante è diretta dalla parete della camera di prova verso il centro della galleria. Il flusso trasversale riscontrato in questa zona della camera di prova giustifica sicuramente la riduzione di velocità osservata, sempre per questi punti di misura, dai tests effettuati con il Pitot statico. Infatti, probabilmente il modulo dei vettori velocità nell intera sezione della camera di prova potrebbe considerarsi uniforme, ma in questa zona essendo deflessi rispetto all asse della galleria presentano una componente assiale della velocità ridotta. 3 Conclusioni Sono stati effettuati dei tests mediante Pitot statico, anemometro a filo caldo e sonda di pressione a cinque fori per caratterizzare il flusso nella camera di prova della galleria Dallara. Generalmente si è riscontrato un limitato livello di turbolenza nell intera camera di prova che raggiunge un valore minimo in prossimità dell asse di galleria di circa 0.15%, mentre in prossimità delle pareti può raggiunger anche valori del 0.40%. E da considerarsi, inoltre, che i livelli di turbolenza riscontrati dai seguenti tests sono da considerarsi certamente una sovrastima del livello di turbolenza reale, soprattutto a causa dell eccessiva instabilità del sistema di movimentazione verificatasi principalmente per le quote più elevate. E stata riscontrata una certa disomogeneità del flusso nelle zone che vanno da =500 mm a =1000 m. In questa parte della galleria si è osservata, attraverso le misure mediante Pitot statico, una netta riduzione della componente assiale della velocità pari a circa 1 m/s rispetto alla velocità misurata in corrispondenza dell asse di galleria. Tale caratteristica è sicuramente imputabile ad una componente orizzontale della velocità, riscontrata mediante le misure con sonda a cinque fori, diretta dalla parete verso l asse della camera di prova e che forma un angolo di sideslip sicuramente maggiore a 2. Tale angolo, inoltre, risulta praticamente invariato al variare del flusso asintotico. na possibile causa di questo flusso trasversale potrebbe essere una separazione del flusso dalle pareti del condotto, antistante alla camera di prova, dalla stessa parte in cui è stata riscontrata la disomogeneità del flusso. 7

9 Appendice A X In questo capitolo si riportano tutti i dati relativi alle misure di anemometro e di Pitot statico. V Pitot Tabella 1. mean Hwa Std Sk Ku Tu %

10 X V Pitot mean Hwa Std Sk Ku Tu % Tabella 2. 9

11 X V Pitot mean Hwa Std Sk Ku Tu % Tabella 3. 10

12 X V Pitot mean Hwa Std Sk Ku Tu % Tabella 4. 11

13 X V Pitot mean Hwa Std Sk Ku Tu % Tabella 5. 12

14 X V Pitot mean Hwa Std Sk Ku Tu % Tabella 6. 13

15 X V Pitot mean Hwa Std Sk Ku Tu % Tabella 7. 14

16 Appendice B In questo capitolo si riportano tutti i dati relativi alle misure di mediante sonda di pressione a cinque fori. X Pd [Pa] T [ C] V Dp 2_4 [Pa] Alpha [deg] Dp 1_3 [Pa] Beta [deg] Tabella 8. 15

17 X Pd [Pa] T [ C] V Dp 2_4 [Pa] Alpha [deg] Dp 1_3 [Pa] Beta [deg] Tabella 9. 16