Fluiddynamik

FLÜSSIGKEITSDYNAMIK

In der Fluiddynamik ist die Hochgeschwindigkeitsbildgebung ein unverzichtbares Instrument zur Messung und Visualisierung der komplexen Bewegung von Flüssigkeiten, Gasen und Plasmen in Bewegung. Die Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen wird allgemein als Strömung bezeichnet, ein Konzept, das beschreibt, wie sich Flüssigkeiten verhalten und wie sie mit ihrer Umgebung interagieren. Die Strömung kann entweder stetig oder instabil, laminar oder turbulent sein. Laminare Strömungen sind gleichmäßiger, während turbulente Strömungen instabiler sind. Die Untersuchung von Flüssigkeitsströmungen wird als Hydrodynamik bezeichnet. Flüssigkeiten bestehen zwar aus einer Vielzahl von Stoffen, darunter Öle und Chemikalien, aber die häufigste Flüssigkeit ist Wasser. Die meisten Anwendungen der Hydrodynamik betreffen die Steuerung der Strömung dieser Flüssigkeiten.

Die Gasströmung, die gemeinhin als Aerostatik bezeichnet wird, weist viele Ähnlichkeiten mit der Flüssigkeitsströmung auf, aber es gibt auch einige Unterschiede. Erstens ist Gas komprimierbar, während Flüssigkeiten im Allgemeinen als inkompressibel gelten. Zweitens wird die Gasströmung kaum durch die Schwerkraft beeinflusst. Das am häufigsten vorkommende Gas ist Luft. Durch Wind kann sich Luft um verschiedene Strukturen, einschließlich Gebäuden, bewegen, und sie kann auch durch Ventilatoren oder Pumpen zur Bewegung gezwungen werden.

Photron Hochgeschwindigkeitskameras wurden entwickelt, um die Anforderungen spezieller Bildgebungsverfahren zu erfüllen, die in der Strömungsdynamik eingesetzt werden, wie z. B. Particle Image Velocimetry (PIV), Laser Induced Fluorescence (LIF) und andere.

Seit Jahren wird die Hochgeschwindigkeitsbildgebung in den folgenden Branchen für die Forschung und Analyse der Fluiddynamik eingesetzt: Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Biotechnologie und Medizin, Schiffsantriebe und Elektronik.

Auswirkungen der Länge der Düsenlippe auf die Verringerung der Überschallresonanz in einer 2D-Überschalldüse

Es ist bekannt, dass die transsonische Resonanz im divergenten Abschnitt einer Überschalldüse auftritt, ähnlich wie die longitudinaledinalen akustischen Resonanz eines konischen Abschnitts mit einem geschlossenen und einem offenen Ende. Und die "konische Abschnitt" ist vergleichbar mit der Trennzone zwischen Stoßwelle und Düsenaustritt im divergenten Teil einer Überschalldüse. Die vorliegende Arbeit beschreibt eine experimentelle Arbeit zur Untersuchung einer Reduzierung der transsonischen Resonanz durch Veränderung der Lippenlänge von 2-Dimensionalen konvergent-divergenten Düse zu untersuchen. In dieser Studie wurde das Druckverhältnis der Düse im Bereich zwischen 1,4 und 2,2 als stoßhaltige Strömungsbedingungen variiert. Aund ein Schlieren optisches System wazur Visualisierung des Strömungsfeldes verwendets. Besondereseiner Hochgeschwindigkeits-Videokamera haben wir die Position des Schocks auf diesem Moment. Außerdem wurden akustische Messungen durchgeführt, um die Schallspektren der einzelnen Versuchsfälle zu vergleichen. Es wurde festgestellt, dass die transsonische Resonanz verringert wurde, wenn sich eine große Trennzone an der Seite befand, an der eine Düsenlippe zusätzlich zum Düsenausgang angebracht war.tionell. In diesem Fall wurden auch die Amplitude der Schockschwingung und der statischen Wanddruckschwingung verringert.

Ultraschnelles bildgebendes Verfahren zur Messung der Oberflächenspannung und Viskosität von Tintenstrahl-gedruckten Tröpfchen im Flug

Beim modernen Drop-on-Demand-Tintenstrahldruck enthalten die ausgestoßenen Tröpfchen eine Mischung aus Lösungsmitteln, Pigmenten und Tensiden. Um den Prozess der Tröpfchenbildung, die Dynamik während des Flugs und die Ablagerungseigenschaften beim Aufprall auf das darunter liegende Substrat genau steuern zu können, ist es von entscheidender Bedeutung, die momentanen Flüssigkeitseigenschaften der Tröpfchen während des gesamten Tintenstrahldruckprozesses zu quantifizieren. Es ist bekannt, dass die Analyse der Dynamik von Formschwingungen direkte Informationen über die lokalen Flüssigkeitseigenschaften von millimetergroßen Tröpfchen und Blasen liefert. Hier wenden wir diese Technik an, um die Oberflächenspannung und Viskosität mikrometergroßer Tintenstrahltröpfchen im Flug zu messen, indem wir die Formschwingungen der Tröpfchen Mikrosekunden nach dem Abquetschen von der Düse aufzeichnen. Aus der Amplitude und der Frequenz der gedämpften Schwingungen können wir die Viskosität bzw. die Oberflächenspannung ableiten. Mit dieser ultraschnellen Bildgebungsmethode untersuchen wir die Rolle von Tensiden in frisch hergestellten Tintenstrahltropfen im Flug und vergleichen sie mit komplementären Techniken zur Messung der dynamischen Oberflächenspannung.

Einphasige und siedende Strömung in Mikrokanälen mit hohem Wärmestrom

Ein Kühlsystem für Anwendungen mit hohem Wärmestrom wird unter Verwendung von Mikrokanalverdampfern mit Wasser als Arbeitsmedium und Sieden als Wärmeübertragungsmechanismus untersucht. Experimentelle Studien werden mit Einkanal-Mikroverdampfern durchgeführt, die eine bessere Kontrolle der Strömungsmechanik ermöglichen, im Gegensatz zu anderen Untersuchungen, bei denen mehrere parallele Strömungskanäle zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Arbeitsmediums führen können. Zur Unterstützung der quantitativen experimentellen Daten werden Hochgeschwindigkeitsströmungsvisualisierungen in Verbindung mit Wärmeübergangs- und Druckabfallmessungen durchgeführt. Strömungsmuster, die mit einer Reihe von Randbedingungen verbunden sind, werden charakterisiert und dann in Form neuartiger Strömungskarten dargestellt, die die physikalischen Mechanismen widerspiegeln, die die Zweiphasendruckverteilungen und das Wärmeübertragungsverhalten steuern. Angesichts der Komplexität, die mit der Modellierung der Wärmeübertragung beim Sieden verbunden ist, und des Fehlens eines universellen Modells, das genaue Vorhersagen über ein breites Spektrum von Strömungsbedingungen liefert, dienen Strömungsregimekarten als wertvolle Modellierungshilfe, um die gezielte Modellierung über spezifische Strömungsregime zu unterstützen. Diese Arbeit stellt einen neuartigen und originellen Beitrag zum Verständnis der Siedevorgänge von Wasser in Mikrokanälen dar.

Auf optischer Strömung basierendes, hintergrundorientiertes Schlierenverfahren zur Messung einer laserinduzierten Unterwasserstoßwelle

Für die Messung des Druckfeldes einer laserinduzierten Unterwasser-Stoßwelle wird das hintergrundorientierte Schlierenverfahren (BOS) mit der physikbasierten optischen Flussmethode (OF-BOS) entwickelt. Im Vergleich zu BOS mit der konventionellen Kreuzkorrelationsmethode, die auch für die Particle Image Velocimetry (hier PIV-BOS genannt) verwendet wird, kann mit OF-BOS das durch einen kleinen Dichtegradienten im Wasser erzeugte Verschiebungsfeld mit einer räumlichen Auflösung von einem Vektor pro Pixel ermittelt werden. Die entsprechenden Dichte- und Druckfelder können weiter extrahiert werden. Es wird insbesondere gezeigt, dass die ausreichend hohe räumliche Auflösung des extrahierten Verdrängungsvektorfeldes in der tomographischen Rekonstruktion erforderlich ist, um das Druckfeld der kugelförmigen Unterwasserstoßwelle korrekt abzuleiten. Die Leistungsfähigkeit der OF-BOS-Methode wird anhand von synchronisierten Hydrophonmessungen kritisch bewertet. Besonderer Wert wird auf den direkten Vergleich zwischen der OF-BOS- und der PIV-BOS-Methode gelegt.