Túnel de vento subsônico e transônico - Subsonic and transonic wind tunnel

Planta do laboratório de Eiffel de 1912 em Auteuil, Paris, com dois túneis de vento de retorno aberto

Túnel subsônico baixo

Túneis de vento de baixa velocidade são usados para operações em número Mach muito baixo , com velocidades na seção de teste de até 480 km / h (~ 134 m / s , M = 0,4) (Barlow, Rae, Pope; 1999). Eles podem ser do tipo de retorno aberto (também conhecido como tipo Eiffel , veja a figura ), ou fluxo de retorno fechado (também conhecido como o tipo Prandtl , veja a figura ) com ar movido por um sistema de propulsão geralmente consistindo de grandes ventiladores axiais que aumente a pressão dinâmica para superar as perdas viscosas .

Túnel de vento aberto

Esquema de um túnel de vento aberto com uma seção de teste fechada

O princípio de funcionamento é baseado na continuidade e na equação de Bernoulli :

A equação de continuidade é dada por:

${\ displaystyle AV = constante \ Rightarrow {\ frac {dA} {A}} = - {\ frac {dV} {V}}}$

A equação de Bernoulli afirma: -

${\ displaystyle P_ {total} = P_ {estático} + P_ {dynamic} = P_ {s} + {\ frac {1} {2}} \ rho V ^ {2}}$

Colocar Bernoulli na equação de continuidade dá:

${\ displaystyle V_ {m} ^ {2} = 2 {\ frac {C ^ {2}} {C ^ {2} -1}} {\ frac {P_ {settl} -p_ {m}} {\ rho }} \ approx 2 {\ frac {\ Delta p} {\ rho}}}$

A taxa de contração de um túnel de vento agora pode ser calculada por: ${\ displaystyle C = {\ frac {A_ {configuração}} {A_ {m}}}}$

Túnel de vento fechado

Esquema de um túnel de vento fechado (fluxo de retorno)

Em um túnel de vento com fluxo de retorno, o duto de retorno deve ser adequadamente projetado para reduzir as perdas de pressão e para garantir um fluxo suave na seção de teste. O regime de fluxo compressível: Novamente com a lei da continuidade, mas agora para o fluxo isentrópico dá:

${\ displaystyle - {\ frac {d \ rho} {\ rho}} = - {\ frac {1} {a ^ {2}}} {\ frac {dp} {\ rho}} = - {\ frac { 1} {a ^ {2}}} {\ frac {- \ rho VdV} {\ rho}} = {\ frac {V} {a ^ {2}}} dV}$

A velocidade de área 1-D é conhecida como:

${\ displaystyle {\ frac {dA} {A}} = (M ^ {2} -1) {\ frac {dV} {V}}}$

A área mínima A onde M = 1, também conhecida como área da garganta sônica , é então fornecida para um gás perfeito:

${\ displaystyle \ left ({\ frac {A} {A_ {garganta}}} \ right) ^ {2} = {\ frac {1} {M ^ {2}}} \ left ({\ frac {2} {\ gamma +1}} \ left (1 + {\ frac {\ gamma -1} {2}} M ^ {2} \ right) \ right) ^ {\ frac {\ gamma +1} {\ gamma - 1}}}$

Túnel transônico

Túneis de vento subsônicos altos (0,4 <M <0,75) e túneis de vento transônicos (0,75 <M <1,2) são projetados com os mesmos princípios dos túneis de vento subsônicos. A velocidade mais alta é alcançada na seção de teste. O número de Mach é de aproximadamente 1 com regiões de fluxo subsônicas e supersônicas combinadas. O teste em velocidades transônicas apresenta problemas adicionais, principalmente devido à reflexão das ondas de choque das paredes da seção de teste (veja a figura abaixo ou amplie a imagem do polegar à direita). Portanto, paredes perfuradas ou com fendas são necessárias para reduzir o reflexo do choque nas paredes. Uma vez que ocorrem importantes interações viscosas ou invíscidas (como ondas de choque ou interação da camada limite), tanto o número de Mach quanto o número de Reynolds são importantes e devem ser devidamente simulados. Instalações de grande escala e / ou túneis de vento pressurizados ou criogênicos são usados.

bico de Laval

Com uma garganta sônica, o fluxo pode ser acelerado ou desacelerado. Isso segue da equação 1D área-velocidade. Se uma aceleração para fluxo supersônico for necessária, um bico convergente-divergente será necessário. De outra forma:

Subsônico (M <1) então convergindo ${\ displaystyle {\ frac {dA} {dx}} <0 \ Rightarrow}$
Garganta sônica (M = 1) onde ${\ displaystyle {\ frac {dA} {dx}} = 0}$
Supersônico (M> 1), em seguida, divergindo ${\ displaystyle {\ frac {dA} {dx}}> 0 \ Rightarrow}$

Conclusão: O número Mach é controlado pela taxa de expansão ${\ displaystyle {\ frac {A} {A_ {garganta}}}}$

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