Flowvisualisering - Flow visualization

En model Cessna med heliumfyldte bobler, der viser stier af vingespidshvirvlerne .

Flowvisualisering eller flowvisualisering i væskedynamik bruges til at synliggøre strømningsmønstrene for at få kvalitativ eller kvantitativ information om dem.

Oversigt

Flowvisualisering er kunsten at synliggøre flowmønstre. De fleste væsker (luft, vand osv.) Er gennemsigtige , og derfor er deres strømningsmønstre usynlige for det blotte øje uden metoder til at gøre dem synlige.

Historisk set omfattede sådanne metoder eksperimentelle metoder. Med udviklingen af ​​computermodeller og CFD- simulerende flowprocesser (f.eks. Fordelingen af ​​luft med aircondition i en ny bil) er der udviklet rent beregningsmetoder.

Metoder til visualisering

Skygge af den turbulente varme luft, der stiger fra en hjemmegrillet gasgrill. Foto af Gary S. Settles, Floviz Inc.

I eksperimentel væskedynamik visualiseres strømme ved tre metoder:

  • Overflade flow visualisering: Dette afslører flow strømlinier i grænsen som en fast overflade er kontaktet. Farvet olie påført overfladen af ​​en vindtunnelmodel giver et eksempel (olien reagerer på overfladens forskydningsspænding og danner et mønster).
  • Partikelsporingsmetoder: Partikler, såsom røg eller mikrosfærer , kan tilføjes til et flow for at spore væskens bevægelse. Vi kan belyse partiklerne med et ark laserlys for at visualisere et udsnit af et kompliceret væskestrømningsmønster. Hvis vi antager, at partiklerne trofast følger strømningens strømlinjer, kan vi ikke kun visualisere strømmen, men også måle dens hastighed ved hjælp af partikelbilledhastighed eller metoder til sporing af partikelhastighed . Partikler med tætheder, der matcher væskestrømmen, udviser den mest præcise visualisering.
  • Optiske metoder: Nogle strømme afslører deres mønstre ved ændringer i deres optiske brydningsindeks . Disse visualiseres ved optiske metoder kendt som skyggegraf , schlieren fotografering og interferometri . Mere direkte kan farvestoffer tilføjes til (normalt flydende) strømme for at måle koncentrationer; typisk ved anvendelse af lysdæmpningen eller laserinducerede fluorescens- teknikker.

I videnskabelig visualisering visualiseres strømme med to hovedmetoder:

  • Analytiske metoder, der analyserer et givet flow og viser egenskaber som strømlinjer, streaklines og stiplinjer . Flowet kan enten gives i en endelig repræsentation eller som en jævn funktion.
  • Teksturvekslingsmetoder , der "bøjer" teksturer (eller billeder) i henhold til strømmen. Da billedet altid er begrænset (gennemstrømningen kan gives som en glat funktion), vil disse metoder visualisere tilnærmelser til det virkelige flow.

Ansøgning

I beregningsvæskedynamik kan den numeriske løsning af de styrende ligninger give alle væskeegenskaberne i rum og tid. Denne overvældende mængde information skal vises i en meningsfuld form. Således er flowvisualisering lige så vigtig i beregning som i eksperimentel væskedynamik.

Se også

Referencer

  • Merzkirch, W. (1987). Flow visualisering . New York: Academic Press. ISBN 0-12-491351-2.
  • Van Dyke, M. (1982). Et album med flydende bevægelse . Stanford, CA: Parabolic Press. ISBN 0-915760-03-7.
  • Samimy, M .; Breuer, KS; Leal, LG; Steen, PH (2004). Et galleri med flydende bevægelse . Cambridge University Press. ISBN 0-521-82773-6.
  • Settles, GS (2001). Schlieren og skyggegraveteknikker: Visualisering af fænomener i gennemsigtige medier . Berlin: Springer-Verlag. ISBN 3-540-66155-7.
  • Smits, AJ; Lim, TT (2000). Flowvisualisering: Teknikker og eksempler . Imperial College Press. ISBN 1-86094-193-1.

eksterne links