Los efectos de la compresibilidad en el rendimiento y las estructuras modales de un chorro barrido emitido desde varias escalas de un oscilador fluidico
Autores: Portillo, Daniel J.; Hoffman, Eugene; Garcia, Matt; LaLonde, Elijah; Combs, Christopher; Hood, R. Lyle
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Los efectos de la compresibilidad en el rendimiento y las estructuras modales de un chorro barrido emitido desde varias escalas de un oscilador fluidico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Osciladores fluidos
Compresibilidad
Rendimiento
Imágenes de Schlieren
Frecuencias de oscilación
Estructuras de modo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Las investigaciones sobre osciladores fluidos, o actuadores de chorro barrido, se han llevado a cabo principalmente dentro del régimen de flujo incompresible, lo que limita la precisión de la estimación del rendimiento de los osciladores fluidos para flujos compresibles. El objetivo de este estudio fue evaluar los efectos de la compresibilidad del gas en el rendimiento de un oscilador fluido. Se escaló una geometría de oscilador fluido comúnmente utilizada (la geometría Bray) a cinco tamaños diferentes, se imprimió en 3D y se probó en una variedad de tasas de flujo de aire. Imágenes de Schlieren a alta velocidad capturaron el chorro barrido que salía de los osciladores fluidos, y se utilizaron algoritmos personalizados de MATLAB para calcular las frecuencias y ángulos de oscilación. Se utilizó un método de descomposición espectral ortogonal adecuada (SPOD) para identificar y comparar las estructuras de modo dentro de los campos de flujo. Todos los resultados se compararon utilizando parámetros adimensionales para observar tendencias de rendimiento. Los resultados mostraron que las frecuencias de oscilación eran directamente proporcionales a la tasa de flujo, mientras que los ángulos de oscilación eran inversamente proporcionales a la tasa de flujo, independientemente del tamaño de escala. Las velocidades angulares no eran proporcionales a la tasa de flujo o al tamaño de escala y exhibieron máximos dentro de los rangos evaluados. Para todos los tamaños de escala, las estructuras de modo eran simétricas a lo largo de las líneas centrales de los osciladores fluidos y se extendían más allá de los osciladores fluidos a tasas de flujo más altas. Estos resultados permiten predecir el rendimiento de los osciladores fluidos, lo que puede mejorar significativamente el proceso de diseño para una aplicación donde se pueda utilizar un oscilador fluido, como en aplicaciones aeroespaciales, generación de energía, intercambiadores de calor o dispositivos médicos.
Descripción
Las investigaciones sobre osciladores fluidos, o actuadores de chorro barrido, se han llevado a cabo principalmente dentro del régimen de flujo incompresible, lo que limita la precisión de la estimación del rendimiento de los osciladores fluidos para flujos compresibles. El objetivo de este estudio fue evaluar los efectos de la compresibilidad del gas en el rendimiento de un oscilador fluido. Se escaló una geometría de oscilador fluido comúnmente utilizada (la geometría Bray) a cinco tamaños diferentes, se imprimió en 3D y se probó en una variedad de tasas de flujo de aire. Imágenes de Schlieren a alta velocidad capturaron el chorro barrido que salía de los osciladores fluidos, y se utilizaron algoritmos personalizados de MATLAB para calcular las frecuencias y ángulos de oscilación. Se utilizó un método de descomposición espectral ortogonal adecuada (SPOD) para identificar y comparar las estructuras de modo dentro de los campos de flujo. Todos los resultados se compararon utilizando parámetros adimensionales para observar tendencias de rendimiento. Los resultados mostraron que las frecuencias de oscilación eran directamente proporcionales a la tasa de flujo, mientras que los ángulos de oscilación eran inversamente proporcionales a la tasa de flujo, independientemente del tamaño de escala. Las velocidades angulares no eran proporcionales a la tasa de flujo o al tamaño de escala y exhibieron máximos dentro de los rangos evaluados. Para todos los tamaños de escala, las estructuras de modo eran simétricas a lo largo de las líneas centrales de los osciladores fluidos y se extendían más allá de los osciladores fluidos a tasas de flujo más altas. Estos resultados permiten predecir el rendimiento de los osciladores fluidos, lo que puede mejorar significativamente el proceso de diseño para una aplicación donde se pueda utilizar un oscilador fluido, como en aplicaciones aeroespaciales, generación de energía, intercambiadores de calor o dispositivos médicos.