StereoPIV in un getto in crossflow

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1 Second Giornt di Studio su Tecniche Ottiche e Termogrfiche in Termofluidodinmic StereoPIV in un getto in crossflow T. Astrit, F. G. Nese e G. M. Crlomgno Università degli studi di Npoli Federico II DETEC Mggio, 5 Università degli Studi di L Aquil

2 SOMMARIO DELLA PRESENTAZIONE Introduzione Tecniche di misur stereopiv utilizzte Indgine sperimentle su un getto in crossflow Apprto sperimentle Risultti delle misure Conclusioni

3 TECNICA PIV Lser Specchio t primo impulso t' secondo impulso Flusso con trccinti Prticelle illuminte Telecmer Ottic dell telecmer t t' Pino immgine

4 METODO PER SPOSTAMENTI ANGOLARI CONDIZIONE DI SCHEIMPFLUG (f # =.8, θ = 45, α = 5 ) α θ

5 PROCEDURA STEREOPIV CON FUNZIONE DI MAPPATURA D Allinemento telecmere con condizione di Scheimpflug Clibrzione Acquisizione immgini Cross-correlzione con deformzione finestre Costnti di clibrzione Anlisi dti Conversione di cmpi di spostmento delle due immgini l cmpo di moto del fluido

6 CALIBRAZIONE / X () X () X () X () X X X = X X ( ) ( ) ( ) ( ) =

7 CALIBRAZIONE / ( ) X = F Funzione interpolnte per il pssggio dlle coordinte nel pino oggetto lle coordinte nel pino immgine: ( ) ( ) ( ) ( ) = X X X X X = con, e funzione interpolnte dt d: ( ) i F = F I coefficienti sono clcolti con il metodo dei minimi qudrti. 8 L

8 ELABORAZIONE IMMAGINI PIV t t FT I I * FT - t I I FT I I * FT -

9 Conversione di cmpi di spostmento nel pino immgine l cmpo di spostmento nel pino oggetto ( ) ( ) F F X = Lo spostmento tr le due esposizioni nel pino immgine è dto d: Medinte pprossimzione l primo ordine si ottiene: ( ) F X ( ) ( ) ( ) ( ) = X X X X X = con e Risolvendo il sistem, (con buso di notzione) si ottiene: ( ) X F

10 PROCEDURA STEREOPIV CON RICOSTRUZIONE GEOMETRICA Costnti di clibrzione Allinemento telecmere con condizione di Scheimpflug Clibrzione Acquisizione immgini Correzione degli errori prospettici Anlisi dti Ricostruzione del cmpo di moto Cross-correlzione con deformzione finestre

11 CALIBRAZIONE Psso Y y Y Psso X Grigli ripres dll telecmer Grigli rele X X = y y 4 5 y Y = y 9y y

12 RICOSTRUZIONE DEL CAMPO DI MOTO ( ) ( ) d s s d P d s u u B u u u u B u = ( ) d s s s d P u u B Bv u u y v = d s d s u u B u u H w =

13 STUDIO DI UN GETTO IN CROSS-FLOW Per JICF s intende un getto secondrio che s immette in un flusso principle. Appliczioni ingegneristiche: iniezione del fluido nei motori combustione intern rffreddmento delle plette di turbine gs medinte film cooling dinmic dei velivoli V-STOL in volo di trnsizione studio dell emissione di inquinnti d ciminiere in tmosfer comprensione di fenomeni meteorologici, come correnti scendenti in sistemi temporleschi e flussi convettivi originti dlle zone clde dell superficie terrestre.

14 SCHEMA DI UN GETTO IN CROSS-FLOW

15 CONDIZIONI DI MISURA Le prove sono stte svolte in un glleri del vento subsonic circuito perto con sezione di prov rettngolre di 4mm. Un getto circolre s immette nell glleri trmite un condotto cilindrico di D=4mm. Il numero di Reynolds è riferito l dimetro del condotto e ll velocità dell corrente sintotic. I regimi esminti sono Re=, Re=, Re=4 e Re=8. Il rpporto d iniezione fr le velocità d uscit del getto e dell corrente sintotic vri d 5.

16 APPARATO SPERIMENTALE PIV ri compress genertori di fumo lser telecmere ) p PC

17 CARATTERISTICHE DEL SISTEMA PIV Si sono effettute prove nel pino di simmetri del getto e nei pini normli ll sse del getto distnze y/d=.5, y/d=.5, y/d=. L sorgente di luce è costituit d un lser Nd:Yg doppi cvità vente lunghezz d ond pri 5nm, durt dell impulso pri 6ns, energi per impulso mj e spessore del fscio nell regione di misur di mm. Per l cquisizione delle immgini si sono utilizzte due telecmer CCD (PCO Sensicm). Il flusso è inseminto con prticelle di olio vegetle di dimetro di circ µm. Ogni prov è stt effettut cquisendo 5 coppie di immgini con un frequenz di Hz ed un ritrdo fr i due impulsi lser vribile fr 8µs e 4µs second dell velocità del fluido.

18 GRANDEZZE MISURATE Cmpi di moto medi ed istntnei con visulizzzione delle linee di flusso Modulo dell velocità V dimensionlizzto rispetto d U Mppe degli sforzi di Reynolds dimensionlizzte rispetto d U Mppe dell energi cinetic turbolent dimensionlizzt k = u v U w U : velocità dell corrente sintotic

19 Crtteristiche generli delle linee di flusso medie 4 y/d - z/d - R= /D 4

20 Crtteristiche generli delle linee di flusso medie 4 y/d - z/d - /D R=4 4

21 Crtteristiche generli delle linee di flusso medie 4 y/d - z/d - R=5 /D 4

22 Principli strutture vorticose visulizzte.5.5 z/d y/d.5 /D z/d -.5 Re=, R=4 - /D Re=8, R= /D Re=, R=

23 Sttistiche del flusso per Re=8 ed R= z/d= y/d 5 4 V/ u y/d 5 4 κ /D - 4 /D

24 Sforzi di Reynolds nel pino di simmetri z/d= y/d 5 4 u v /u² y/d 5 4 u v /u² R= /D - 4 R= /D

25 Sttistiche del flusso per Re=8 ed R= y/d=.5 z/d - k V/ u /D - /D

26 Sttistiche del flusso per Re=8 ed R= y/d=.5 z/d - k V/ u /D - /D

27 Sttistiche del flusso per Re=8 ed R= y/d=.5 z/d - k V/ u /D - /D

28 Sttistiche del flusso per Re=8 ed R=4 y/d=.5 z/d - k V/ u /D - /D

29 Sttistiche del flusso per Re=8 ed R=5 y/d=.5 k V/ u z/d /D - /D

30 Evoluzione dei vortici contro-rotnti (CVP) l crescere di Re per R= ed y/d=.5 z/d z/d - - /D Re= /D Re=

31 Evoluzione dei vortici contro-rotnti (CVP) l crescere di Re per R= ed y/d=.5 z/d z/d - - /D Re=4 /D Re=8

32 Sforzi di Reynolds nel pino y/d= z/d - u w /u² z/d - u w /u² R= /D - R=5 /D

33 CONCLUSIONI Due tecniche PIV stereoscopiche sono stte nlizzte per effetture uno studio fluidodinmico su un getto in cross-flow. Le misure sperimentli sono stte condotte per diversi vlori del numero di Reynolds e del rpporto di iniezione ed in diversi pini di misur. Le principli strutture vorticose individute sono in ccordo con quelle identificte in lettertur d diversi utori. Al crescere del rpporto di iniezione le mppe dell energi cinetic turbolent cmbino spetto: per R bssi i vlori mssimi si hnno i lti ed in prossimità dell sezione di uscit del getto, mentre per R elevti l regione di mssimo è presente lungo l line centrle nell zon di sci. Al crescere del numero di Reynolds l coppi di vortici contro-rotnti evolve d un configurzione circolre verso un ellittic e tende spostrsi più monte verso il getto.

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