Quantitative visualisation of compressible flows

• Autorzy: Stryczniewicz W.

Warianty tytułu

PL

Jakościowe wizualizacje przepływów ściśliwych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper demonstrates the feasibility of quantitative flow visualisation methods for investigation of transonic and supersonic flows. Two methods and their application for retrieving compressible flow field properties has been described: Background Oriented Schlieren (BOS) and Particle Image Velocimetry (PIV). Recently introduced BOS technique extends the capabilities of classical Schlieren technique by use of digital image processing and allow to measure density gradients field. In the presented paper a review of applications of BOS technique has been presented. The PIV is well established technique for whole field velocity measurements. This paper presents application of PIV for determination of the shock wave position above airfoil in transonic flow regime. The study showed that application of quantitative flow visualisation techniques allows to gain new insights on the complex phenomenon of supersonic and transonic flow over airfoils like shock-boundary layer interaction and shock induced flow separation.

PL

Artykuł przedstawia możliwości zastosowania jakościowych metod wizualizacji przepływu do badań przepływów ściśliwych. Przedstawiono dwie metody umożliwiające pomiar parametrów pola przepływającego płynu: anemometrię obrazową oraz technikę fotografii smugowej opartej na obrazowaniu tła. Ostatnio opracowana nowa metodyka pozwala na rozwinięcie klasycznej techniki Schlierena, dzięki wykorzystaniu cyfrowej analizy obrazu umożliwia jakościowy pomiar gradientów gęstości. W publikacji przedstawiono przegląd zastosowań techniki fotografii smugowej wykorzystującego obrazowanie tła do jakościowego pomiaru zmian gęstości przepływów ściśliwych. Anemometrii obrazowa jest techniką wizualizacyjną, umożliwiającą bezinwazyjny pomiar pola prędkości przepływającego płynu. W publikacji przedstawiono zastosowanie anemometrii obrazowej do wyznaczenia pozycji fali uderzeniowej ponad powierzchnią profilu dla okołodzwiękowych prędkości przepływu. Przedstawione wyniki wykazały, iż zastosowanie technik jakościowej wizualizacji przepływu umożliwia pogłębienie analizy badanych zjawisk w warunkach przepływu okołodźwiękowego i naddźwiękowego, takich jak oddziaływanie fali uderzeniowej z warstwą przyścienną oraz oderwania przepływu spowodowanego falą uderzeniową.

Słowa kluczowe

EN

compressible fluid flow; flow visualisation; wind tunnel studies; Particle Image Velocimetry; Background Oriented Schlieren

PL

przepływ ściśliwy; wizualizacja przepływu; badania tunelowe; anemometria obrazowa; fotografia smugowa

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Prace Instytutu Lotnictwa
• Rocznik: 2018
• Tom: Nr 1 (250)
• Strony: 132--141
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., wykr., wzory

Twórcy

autor

Stryczniewicz W.

• Aerodynamics Department, Institute of Aviation, al. Krakowska 110/114, 02-256 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Anderson J. D., 2004, “Fundamentals of Aerodynamics”, 5th edition, McGraw-Hill’s.
• [2] Galinski C. and Goraj Z., 2004, “Experimental and numerical results obtained for a scaled RPV and a full size aircraft”, Aircraft Engineering and Aerospace Technology, No. 76, pp. 305-313.
• [3] Żółtak J. and Stalewski W., 2014, “Preliminary Design of the Air-Intake System and the Nacelle in the Small Aircraft-Engine Integration Process”, Aircraft Engineering and Aerospace Technology, No. 86, pp. 250-258.
• [4] Lee B. H. K., 1989, “Investigation of flow separation on a supercritical airfoil”, Journal of Aircraft, No. 26, pp. 1032-1039.
• [5] Adrian R. J., 1991, “Particle-imaging techniques for experimental fluid mechanics”, Annual Review of Fluid Mechanics, No. 23, pp. 261-304.
• [6] Wilert C. E., Gharib M., 1991, “Digital particle image velocimetry”, Experiments in Fluids, No. 10, pp. 181-193.
• [7] Parsad A. K., 2000, “Stereoscopic particle image velocimetry”, Experiments in Fluids, No. 29, pp. 103-116.
• [8] Scarano F., 2013, “Tomographic PIV: principles and practice”, Measurement Science and Technology, No. 24, pp. 1-28.
• [9] Raffel M., 2015, “Background-oriented schlieren (BOS) techniques”, Experiments in Fluids, No. 56, p. 60.
• [8] Stryczniewicz W. 2012, “Development of Particle Image Velocimetry Algorithm”, Problems of Mechatronics, No. 9, pp. 41-54.
• [9] Venkatakrishnan L., Meier G. E. A., 2004, “Density measurements using the Background Oriented Schlieren technique”, Experiments in Fluids, No. 37, pp. 237-247.
• [10] Manovski P., Wehrmeyer J., Scott K., Loxton B., Quick H., Lam S. and Giacobello M., 2016, “A Performance Comparison between Classical Schlieren and Background-Oriented Schlieren”, 18th International Symposium on the Application of Laser and Imaging Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon, June 04-07.
• [11] Clem M. M., Zamam K. B. M. Q. and Fagan A. F., 2012, “Background Oriented Schlieren Applied to Study Shock Spacing in a Screeching Circular Jet”, 50th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, Nashville, January 09-12.
• [12] Heineek J. T., Banks D. W., Schairer E. T., Haering E. A. and Bean P. S., 2016, “Background Oriented Schlieren (BOS) of a Supersonic Aircraft in Flight”, AIAA Flight Testing Conference, Washington D. C., June 13-17.
• [13] Bauknecht A., Merz C. B. and Raffel M., 2014, “Airborne Application of the Background Oriented Schlieren Technique to a Helicopter in Forward Flight”, 17th International Symposium on the Application of Laser and Imaging Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon, June 07-10.
• [14] Raffel M., Willert C. E., Wereley S. T. and Kompenhans J., 2007, “Particle Image Velocimetry, a practical guide”. 2nd edition, Springer-Verlag.
• [15] Surmacz K., Ruchała P. and Stryczniewicz W., 2016, “Wind tunel tests of the developement and demise of Vortex Ring State of the rotor”. In Kleiber Advances in Mechanics: Theoretical, Computational and Interdisciplinary Issues, CRC Press.
• [16] Urban J. M., Zloczewska A, Stryczniewicz W, and Jönsson-Niedziolka M., 2013, “Enzymatic oxygen reduction under quiescent conditions – The importance of convection”, Electrochemistry Communications, No. 34, pp. 94-97.
• [17] Jun Z., Zhenghong G., Hao Z. and Junqiang B., 2009, “A high-speed nature laminar flow airfoil and its experimental study in wind tunnel with nonintrusive measurement technique”, Chinese Journal of Aeronautics, No. 22, pp. 225-229.
• [18] Raffel M. and Kompenhaus J., 1993, “PIV measurements of unsteady transonic flow fields above a NACA 0012 airfoil”, Laser Anemometry Advances and Applications, No. 2052, pp. 527-534.
• [19] Giepman R. H. M., Schrijer F. F. J. and van Oudheusden B. W., 2015, “High-resolution PIV measurements of a transitional shock”, Experiments in Fluids, No. 56, pp. 113-133.
• [20] Hartmann A., Klaas M. and Schröder W., 2010, “Time resolved stereo PIV measurements of unsteady shock-boundary layer interaction on a supercritical airfoil”, 15th Int Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon, July 5-8.
• [21] Wiśniowski W., 2014, “Specializations of the Institute of Aviation – review and conclusions”, Transactions of the Institute of Aviation, No. 235, pp 7-16.
• [22] Stryczniewicz W. and Surmacz K., 2014, “PIV Measurements of the Vortex Ring State of the Main Rotor of a Helicopter”, Transactions of the Institute of Aviation, No. 235, pp. 17-27.
• [23] McDevitt J. B., Levy L. L. Jr. and Deiwert G. S., 1976, “Transonic Flow About a Thick Circular-Arc Airfoil”, AIAA Journal, No. 14, pp. 606-613.
• [24] Mundell A. R. G. and Mabey D. G., 1986, “Pressure fluctuations caused by transonic shock/boundary-layer interaction”, Aeronautical Journal, No. 90, pp. 274-282.

Uwagi

PL

Błędy w numeracji bibliografii

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).