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Calibración túnel hidrodinámico
- 1. Calibración y Operación de un Túnel Hidrodinámico Autor: Alejandro Caballero Avellaneda Tutor: Miguel Pérez-Saborid Sánchez-Pastor Ingeniería Aeronáutica Proyecto Fin de Carrera 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla
- 2. Estructura del Proyecto • Objetivos del Proyecto • El Túnel Hidrodinámico GWB • Calibración Sección Central del Túnel • Calibración Capa Límite del Túnel • Ejemplo de un ensayo real EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 24/10/2014 2
- 3. Objetivos del Proyecto • 2 Objetivos : ‒ Calibración de la Sección Central del Túnel: Valorar uniformidad del flujo en la parte de la sección transversal no influenciada por efectos de capa límite ‒ Calibración de la Capa Límite del Túnel : Cálculo del espesor de la Capa Límite y comparación con resultados predichos por la teoría EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 24/10/2014 3
- 4. El Túnel Hidrodinámico GWB EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 24/10/2014 4 El Túnel Hidrodinámico “Groβe Wasserkanal Braunschweig” (GWB) es un túnel de agua de circuito cerrado ubicado en las instalaciones del Instituto de Mecánica de Fluidos (ISM) de la Universidad Técnica de Braunschweig, Alemania Túnel dedicado a la investigación pública principalmente, con convenios de colaboración con empresas privadas del sector aeroespacial
- 5. El Túnel Hidrodinámico GWB EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 24/10/2014 5 Algunos datos acerca del Túnel GWB: • Empezó a operar en 2012 • Mayor inversión del ISM • Cámara de ensayos de sección cuadrada 1 mଶ y 6 m de largo • 65 toneladas de agua • Velocidades entre 2 - 6 m/s • Presión interna entre la atmosférica y 3 bares • Reynolds máximo de 2.8 ∗ 10
- 6. El Túnel Hidrodinámico GWB EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 24/10/2014 6
- 7. El Túnel Hidrodinámico GWB EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 24/10/2014 7 El Túnel Hidrodinámico “Groβe Wasserkanal Braunschweig” (GWB) es un túnel de agua de circuito cerrado ubicado en las instalaciones del Instituto de Mecánica de Fluidos (ISM) de la Universidad Técnica de Braunschweig, Alemania Túnel dedicado a la investigación pública principalmente, con convenios de colaboración con empresas privadas del sector aeroespacial Algunos datos acerca del Túnel GWB: • Empezó a operar en 2012 • Mayor inversión del ISM • Cámara de ensayos de sección cuadrada 1 mଶ y 6 m de largo • 65 toneladas de agua • Velocidades entre 2 - 6 m/s • Presión interna entre la atmosférica y 3 bares • Reynolds máximo de 2.8 ∗ 10
- 8. El Túnel Hidrodinámico GWB EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 24/10/2014 8 El Túnel Hidrodinámico “Groβe Wasserkanal Braunschweig” (GWB) es un túnel de agua de circuito cerrado ubicado en las instalaciones del Instituto de Mecánica de Fluidos (ISM) de la Universidad Técnica de Braunschweig, Alemania Túnel dedicado a la investigación pública principalmente, con convenios de colaboración con empresas privadas del sector aeroespacial Algunos datos acerca del Túnel GWB: • Empezó a operar en 2012 • Mayor inversión del ISM • Cámara de ensayos de sección cuadrada 1 mଶ y 6 m de largo • 65 toneladas de agua • Velocidades entre 2 - 6 m/s • Presión interna entre la atmosférica y 3 bares • Reynolds máximo de 2.8 ∗ 10
- 9. Calibración Sección Central Se miden las velocidades en 81 puntos mediante los valores de presión dinámica medidos por tubos de Prandtl El equipo de medida para la calibración debe cumplir un objetivo principalmente: • Eliminar los Vórtices de Karman 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 9
- 10. Calibración Sección Central Se miden las velocidades en 81 puntos mediante los valores de presión dinámica medidos por tubos de Prandtl El equipo de medida para la calibración debe cumplir un objetivo principalmente: • Eliminar los Vórtices de Karman 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 10
- 11. Calibración Sección Central Se miden las velocidades en 81 puntos mediante los valores de presión dinámica medidos por tubos de Prandtl El equipo de medida para la calibración debe cumplir un objetivo principalmente: • Eliminar los Vórtices de Karman 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 11
- 12. Calibración Sección Central Se realizan mediciones a 3 velocidades distintas (8 Hz, 20 Hz y 33Hz) y para dos secciones de la cámara de ensayos (la posicionada en x=1.75 m y en x=2.75 m) Caso de 33 Hz (unos 5 m/s ) es el más representativo, si bien para las otras velocidades el resultado es análogo 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 12
- 13. Calibración Sección Central Se realizan mediciones a 3 velocidades distintas (8 Hz, 20 Hz y 33Hz) y para dos secciones de la cámara de ensayos (la posicionada en x=1.75 m y en x=2.75 m) Caso de 33 Hz (unos 5 m/s ) es el más representativo, si bien para las otras velocidades el resultado es análogo 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 13 Resultados obtenidos y [mm] z[mm] Desviación media en la distribución de velocidades de sección 1 // 33Hz // Velocidad media=4.95m/s -300 -200 -100 0 100 200 300 -300 -200 -100 0 100 200 300 Desviaciónmediaen% -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
- 14. Calibración Sección Central Se realizan mediciones a 3 velocidades distintas (8 Hz, 20 Hz y 33Hz) y para dos secciones de la cámara de ensayos (la posicionada en x=1.75 m y en x=2.75 m) Caso de 33 Hz (unos 5 m/s ) es el más representativo, si bien para las otras velocidades el resultado es análogo 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 14 Resultados obtenidos y [mm] z[mm] Desviación media en la distribución de velocidades de sección 2 // 33 Hz // Velocidad media=4.9144m/s -300 -200 -100 0 100 200 300 -300 -200 -100 0 100 200 300 Desviaciónmediaen% -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2
- 15. Calibración Sección Central Se realizan mediciones a 3 velocidades distintas (8 Hz, 20 Hz y 33Hz) y para dos secciones de la cámara de ensayos (la posicionada en x=1.75 m y en x=2.75 m) Caso de 33 Hz (unos 5 m/s ) es el más representativo, si bien para las otras velocidades el resultado es análogo 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 15 Resultados obtenidos -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 4.7 4.75 4.8 4.85 4.9 4.95 5 Posición sobre eje Y[mm] Velocidad[m/s] Perfil de velocidades a 33Hz en la Sección 2 z= -361 mm z= -270.75 mm z= -180.50 mm z= -90.25 mm z= 0 mm z= 90.25 mm z= 180.50 mm z= 270.75 mm z= 361 mm
- 16. Calibración Sección Central EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 24/10/2014 16 Uniformidad del flujo en el GWB aceptable cuando la desviación no supera el 1% Punto singular con una desviación en torno a 3.5 % Nivel de uniformidad no es aceptable. No pueden llevarse a cabo ensayos con un flujo tan no uniforme Posibles causas: • Errores en el diseño • Pérdidas de presión dinámica • Obstaculización del flujo
- 17. Calibración Sección Central EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 24/10/2014 17 Se vacía completamente el túnel y se procede a su inspección
- 18. Calibración Sección Central Se realizan las siguientes operaciones: • Limpieza de mallas y rectificadores de flujo accesibles • Cambio de agua • Nuevo sistema de filtrado • Implementación de un sistema de inyección de algicida 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 18
- 19. Calibración Sección Central 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 19 Resultados obtenidos tras mantenimiento y [mm] z[mm] Desviación media en la distribución de velocidades de sección 2 tras mantenimiento // 33 Hz // Velocidad media=5.0476m/s -300 -200 -100 0 100 200 300 -300 -200 -100 0 100 200 300 Desviaciónmediaen% -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
- 20. Calibración Sección Central 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 20 ܸ݉݁݀݅ܽ ܽ݊ݐ݊݁݅݉݅݊݁ݐ݊ܽ݉ ݏ݁ݐ = 4,914 ݉ ݏ ܸ݉݁݀݅ܽ ݐ݊݁݅݉݅݊݁ݐ݊ܽ݉ ݏܽݎݐ = 5,047 ݉ ݏ %3 ݈݁݀ ݐ݊݁݉݁ݎܿ݊ܫ
- 21. Calibración Capa Límite Cálculo del espesor de la Capa Límite del túnel Se considera inicio de la Capa Límite el valor de velocidad igual a 0,99 veces la velocidad de la corriente exterior Para ello se miden las velocidades en las proximidades de la pared, empezando a medir a 150 mm de la pared del túnel y hasta llegar a la misma 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 21
- 22. Calibración Capa Límite 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 22 Equipo de medida
- 23. Calibración Capa Límite 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 23 Resultados obtenidos 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 0 50 100 150 Distanciaalapared[mm] Velocidad [m/s] Perfil de velocidades de la capa límite a 20 Hz z= - 361 mm z= - 180.5 mm z= 0 mm z= 180.5 mm z= 361 mm
- 24. Calibración Capa Límite 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 24 Resultados obtenidos 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 5 5.2 0 50 100 150 Distanciaalapared[mm] Velocidad [m/s] Perfil de velocidades de la capa límite a 33 Hz z= - 361mm z= - 180.5 mm z= 0 mm z= 180.5 mm z= 361mm
- 25. Calibración Capa Límite 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 25 Inicio de la Capa Límite: 0.99 ∗ ܷஶ Espesor de Capa Límite medido en el GWB ߜ௫~ 50 ݉݉ Medido en la zona media de la pared, sin efectos de superposición de Capa Límite como ocurre en las proximidades de las esquinas
- 26. Calibración Capa Límite Comparación con resultados teóricos Formulación de Blasius para la Capa Límite ߜ௧ = 5ݔ ܴ݁௫ ߜ௧ = 4.484 ݉݉ 4.484 ݉݉ ≠ 50 ݉݉ 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 26
- 27. Calibración Capa Límite 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 27 La formulación de Blasius es válida en el caso de Capa Límite laminar En nuestro caso, la Capa Límite es turbulenta ܴ݁ = 9,403 ∗ 10 Ley de la Séptima Potencia modela el comportamiento de la Capa Límite turbulenta ߜ = 0,377ݔ ܴ݁௫ ଵ/ହ
- 28. Calibración Capa Límite 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 28 ߜ௧ ..௧௨௨௧ = 42,007 ݉݉ La solución analítica indica un espesor de Capa Límite turbulenta de aproximadamente En los ensayos experimentales obtenemos un espesor de Capa Límite de aproximadamente
- 29. Calibración Capa Límite 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 29 Resultados obtenidos -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 Posición sobre eje Y[mm] Velocidad[m/s] Perfil de velocidades en el GWB completo a 20 Hz z= - 361mm z= - 180.5mm z= 0 mm z= 180.5 mm z= 361mm
- 30. Calibración Capa Límite 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 30 Resultados obtenidos Inicio de la Capa Límite: 0.99 ∗ ܷஶ Espesor de Capa Límite medido en el GWB ߜ௫~ 50 ݉݉ Medido en la zona media de la pared, sin efectos de superposición de Capa Límite como ocurre en las proximidades de las esquinas -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 5 5.2 Posición sobre eje Y[mm] Velocidad[m/s] Perfil de velocidades en el GWB completo a 33 Hz z= - 361mm z= - 180.5mm z= 0 mm z= 180.5 mm z= 361mm
- 31. Ejemplo de un ensayo real Estudio del incremento de sustentación en un ala al implementar un flap soplado de efecto Coanda 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 31
- 32. Ejemplo de un ensayo real Estudio del incremento de sustentación en un ala al implementar un flap soplado de efecto Coanda 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 32
- 33. Ejemplo de un ensayo real Estudio del incremento de sustentación en un ala al implementar un flap soplado de efecto Coanda 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 33
- 34. Ejemplo de un ensayo real Estudio del incremento de sustentación en un ala al implementar un flap soplado de efecto Coanda 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 34 Objetivo: Obtener el mayor incremento de sustentación posible para el menor valor del coeficiente de impulso soplado posible ܥఓ = ೕሶ ೕ భ మ⁄ ఘಮ మௌೝ
- 35. Ejemplo de un ensayo real Estudio del incremento de sustentación en un ala al implementar un flap soplado de efecto Coanda Resultados obtenidos 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 35
- 36. Ejemplo de un ensayo real Estudio del incremento de sustentación en un ala al implementar un flap soplado de efecto Coanda Resultados obtenidos 24/10/2014 EscuelaTécnicaSuperiorde IngenieríadeSevilla 36