Túnel de viento subsónico y transónico

Túnel subsónico bajo

Los túneles de viento de baja velocidad se utilizan para operaciones con un número de Mach muy bajo , con velocidades en la sección de prueba de hasta 480 km/h (~ 134 m/s , M = 0,4). ^[1]^[2] Pueden ser del tipo de retorno abierto (también conocido como tipo Eiffel , ver figura ), o de flujo de retorno cerrado (también conocido como tipo Prandtl , ver figura ) con aire movido por un sistema de propulsión generalmente formado por grandes ventiladores axiales que aumentan la presión dinámica para superar las pérdidas viscosas .

Túnel de viento abierto

El principio de funcionamiento se basa en la continuidad y la ecuación de Bernoulli :

La ecuación de continuidad viene dada por:

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

La ecuación de Bernoulli establece: -

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

Poniendo a Bernoulli en la ecuación de continuidad se obtiene:

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

La relación de contracción de un túnel de viento ahora se puede calcular mediante: $C={\frac {A_{settl}}{A_{m}}}$

Túnel de viento cerrado

En un túnel de viento de retorno, el conducto de retorno debe diseñarse adecuadamente para reducir las pérdidas de presión y garantizar un flujo fluido en la sección de prueba. El régimen de flujo compresible: nuevamente con la ley de continuidad, pero ahora para flujo isentrópico se obtiene:

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

El área-velocidad 1-D se conoce como:

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

El área mínima A donde M=1, también conocida como área de garganta sónica , se da para un gas perfecto:

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

túnel transónico

Los túneles de viento subsónicos altos (0,4 < M < 0,75) y los túneles de viento transónicos (0,75 < M < 1,2) están diseñados con los mismos principios que los túneles de viento subsónicos. La velocidad más alta se alcanza en la sección de prueba. El número de Mach es aproximadamente 1 con regiones de flujo subsónico y supersónico combinados. Las pruebas a velocidades transónicas presentan problemas adicionales, principalmente debido al reflejo de las ondas de choque en las paredes de la sección de prueba (consulte la figura a continuación o amplíe la imagen del pulgar a la derecha). Por lo tanto, se requieren paredes perforadas o ranuradas para reducir la reflexión de los impactos en las paredes. Dado que se producen importantes interacciones viscosas o no viscosas (como ondas de choque o interacción de la capa límite), tanto el número de Mach como el de Reynolds son importantes y deben simularse adecuadamente. Se utilizan instalaciones de gran tamaño y/o túneles de viento presurizados o criogénicos.

boquilla de Laval

Con una garganta sónica, el flujo se puede acelerar o ralentizar. Esto se desprende de la ecuación 1D área-velocidad. Si se requiere una aceleración al flujo supersónico, se requiere una boquilla convergente-divergente. De lo contrario:

Subsónico (M < 1) y luego convergente ${\frac {dA}{dx}}<0\Rightarrow$
Garganta sónica (M = 1) donde ${\frac {dA}{dx}}=0$
Supersónico (M >1) y luego divergente ${\frac {dA}{dx}}>0\Rightarrow$

Conclusión: el número de Mach está controlado por la relación de expansión ${\frac {A}{A_{throat}}}$

Referencias

^ Rossiter, JE (1964). "Experimentos en túnel de viento sobre el flujo sobre cavidades rectangulares a velocidades subsónicas y transónicas". {{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )
^ Mouton, Sylvain (octubre de 2007). "Investigaciones numéricas de interferencia de soporte de modelos en túneles de viento subsónicos y transónicos". ODAS 2007 - 8º Simposio Aeroespacial ONERA-DLR . Gotinga, Francia.