Nowa technika wizualizacji przepływu powietrza

Nowa technika wizualizacji przepływu powietrza

Inżynierowie z brytyjskiej firmy MIRA, specjalizującej się w konstruowaniu, testowaniu i certyfikowaniu rozwiązań dla przemysłu motoryzacyjnego, opracowali technikę wizualizacji i pomiaru przepływu, wspomagającą prace nad udoskonalaniem własności aerodynamicznych konstrukcji.

Opracowana przez MIRA koncepcja umożliwia inżynierom aerodynamikom wizualizować strumienie powietrza i dopasowywać je do modeli i wyników testów. System wykorzystuje kamery przechwytujące ruch oraz wypełnione helem bąbelki umożliwiające mapowanie przepływu powietrza w pełnowymiarowym tunelu aerodynamicznym.

Opracowana technika wizualizacji mierzy w czasie rzeczywistym przepływ i przetwarza tak zgromadzone dane umieszczając je w wirtualnym środowisku symulacji metodą numerycznej mechaniki płynów (CFD).

„Jednym z wyzwań strojących przed specjalistami z zakresu aerodynamiki jest niewidzialność powietrza; nie możesz tak po prostu zobaczyć co się dzieje.” – stwierdził Angus Lock, kierownik ds. aerodynamiki w MIRA. „Tunele aerodynamiczne umożliwiają określenie działających sił, nie wyjaśniają jednak skąd te się biorą. Aby określić strukturę przepływu, konieczna jest jego wizualizacja. Ta rewolucyjna technika daje nam naprawdę dobry ogląd pola przepływu, rozszerzając możliwości zarówno metody CFD, jak i tuneli aerodynamicznych.” – dodał.

Istniejące metody, jak farba fluorescencyjna, anometria laserowa (LDA), czy optyczna metoda pomiaru pól prędkości (PIV) są w stanie jedynie mierzyć pole przepływu wokół powierzchni, albo małego wycinka. Natomiast system opracowany przez MIRA przechwytuje cały testowany obszar tunelu w trzech wymiarach.

Miniaturowe helowe bąbelki są wpuszczane do tunelu i śledzone przez 12 kamer. Gdy dwie skalibrowane kamery dostrzegą bąbelek, jest on dzięki stereo-fotogrametrii umieszczany w trójwymiarowym modelu. Każdy śledzony bąbelek pokazuje jak powstaje strumień i jak reaguje w kontakcie z karoserią oraz innymi elementami w polu przepływu. Tak przechwycone dane poddawane są następnie dalszej obróbce komputerowej.

Dzięki tej technice, inżynierowie dysponują możliwością porównania równocześnie wirtualnych i eksperymentalnych danych w tym samym środowisku programowym.

„Gdy pojawiają się rozbieżności pomiędzy oboma zestawami wyników, trudno jest określić, gdzie leżą niezgodności, gdyż dane CFD mogą obejmować nawet 100 milionów dyskretnych punktów, a dane z tunelu aerodynamicznego, ledwie cztery.” – stwierdził Lock. „Porównywanie jedynie globalnych sił jest narzędziem bardzo prymitywnym; teraz możemy naprawdę zrozumieć naturę pola przepływu i nałożyć te dane na wyniki CFD obserwując wyniki porównania.” – dodał.

(lk)