Du stellst hier im Wesentlichen zwei Fragen:

1. Wie wählen wir eine geeignete Kontrolllautstärke aus?
2. Welche Auswirkungen hat die physikalische Geometrie eines Windkanals auf unsere Fähigkeit, genaue Messungen durchzuführen?

Auswahl der Kontrolllautstärke

Young, et al., haben einige nette Worte:

Als Kontrollvolumen kann jedes Volumen im Raum betrachtet werden. Die Leichtigkeit der Lösung eines gegebenen strömungsmechanischen Problems hängt oft stark von der Wahl des verwendeten Steuervolumens ab. Nur durch Übung können wir die Fähigkeit entwickeln, die "beste" Steuerlautstärke auszuwählen. Keiner ist „falsch“, aber einige sind „viel besser“ als andere.

Die Forscher, die sich das Kontrollvolumen in Ihrem Bild ausgedacht haben, hatten viel Übung und wussten, wie sie ihre Rechenlast durch die Auswahl des Kontrollvolumens geschickt verringern konnten. Sie hätten ein Kontrollvolumen außerhalb des Windkanals auswählen können – oder sogar 1000 Meilen davon entfernt – aber dieser Ansatz hätte viel mehr Arbeit erfordert, um ihre Ergebnisse zu erhalten. Ich schlage vor, diese Notizen nach einer mathematisch geneigten Präsentation zur Auswahl der Kontrolllautstärke in diesem speziellen Fall durchzusehen (es wird Ihnen auch bei Aufgabe 2.2 und Ihrer zweiten Frage helfen). In Alvs Antwort werden einige der eher qualitativen Faktoren erörtert, die die Auswahl des Kontrollvolumens in diesem Fall beeinflussen.

Um Ihre ersten beiden Fragen konkret zu beantworten, können Sie Folgendes sagen:$bh$wo immer Sie wollen und machen Sie es so lang wie Sie wollen, aber es hat einen Vorteil, die Steuerlautstärke so einzustellen, wie sie in Ihrem Bild ist.

Experimente im Windkanal

Um Ihre dritte Frage zu beantworten, wären die Wände des Windkanals idealerweise unendlich weit vom Testgegenstand entfernt. Eine solche Anordnung ist offensichtlich unmöglich, daher werden verschiedene Wandinterferenzkorrekturen entwickelt. Hier ist ein kurzer Überblick über diese Korrekturen; Eine einfache Google-Suche liefert viel mehr Informationen. Einzelne Tunnel werden ihre eigenen Korrekturen entwickeln, die Dinge wie die geeignete Größe für ein Modell und den Abstand, den es von den Wänden haben sollte (auch das Suchblockierungsverhältnis ) .

Das Windkanaldesign kann auch dazu beitragen, Wandinterferenzen zu mindern. Viele Hochgeschwindigkeitstunnel verfügen in ihren Testabschnitten über geschlitzte Wände , um einen Kompromiss zwischen der Lenkung des Luftstroms und der Auflösung von Druckstörungen zu finden.

Speziell zu Ihrer vierten Frage wird die Genauigkeit Ihrer Ergebnisse dadurch bestimmt, wie vernünftig Sie Ihre Korrekturen bestimmen und anwenden. Da Windkanäle in der Industrie immer noch zur Entwicklung neuer Flugzeuge verwendet werden, können wir sicher sein, dass es einen Weg gibt, vernünftige Ergebnisse zu erzielen. Darüber hinaus werden die Daten, die durch die von Anderson beschriebenen Studien produziert werden, immer noch von Ingenieuren und Wissenschaftlern verwendet ; die Druckintegrationsmethode hat sich über die Jahre als recht robust erwiesen.

das sind einige große Fragen. Ich werde versuchen, mich sehr kurz zu fassen.

Erstens gibt es für die Linie 'bh' keine feste Länge, die Sie berechnen können. Idealerweise möchten Sie sicherstellen, dass Sie Messungen des gesamten Bereichs erhalten, in dem es zu einem Impulsverlust kommt. Daher versuchen Sie, Messungen vorzunehmen, bis Sie einen Punkt erreichen, der weit genug entfernt ist$u_1=u_2$.

Beachten Sie, dass dieser Impulsverlust direkt mit der Größe des Nachlaufs zusammenhängt, daher würde die Länge von „bh“ durch die Reynolds-Zahl, den Trennpunkt, den Einfall usw. bestimmt. Ein häufiges Problem, insbesondere bei hoher AoA, ist der Rechen ist so groß, dass der Nachlaufrechen diese 'bh'-Linie nicht bedeckt. Das würde bedeuten, dass der gemessene Impulsverlust und damit der Luftwiderstand kleiner ist als physikalisch.

Apropos Abstand zur Hinterkante: Zu nah sollte man es vermeiden, da Phänomene wie Rezirkulationsblasen oder der Druckunterschied zwischen Ober- und Unterkante des Tragflügels die Messung grundsätzlich ruinieren würden (die Geschwindigkeit ist nicht normal zu den Sonden etc ). Andererseits führt die Strömung im Rechen zu einem zusätzlichen Impulsverlust, so dass Sie bei Messungen weiter hinten auch diesen Beitrag messen würden, abgesehen vom Widerstand des Flügels. Außerdem nimmt die Größe des Nachlaufs zu, was zu den in der ersten Frage erwähnten Problemen führt. Typischerweise wird für die Experimente ein Abstand von ungefähr einer Sehne verwendet.

Die nächste Frage bezieht sich auf ein anderes Thema, Windkanalkorrekturen. Aus dem Bild werden Sie aufgrund des Impulsverlusts unter Verwendung der Kontinuitätsgleichung immer haben$ai<bh$. Was als „Stromlinien weit weg vom Körper“ definiert wird, Linien ab und hi, gehen von konstantem Druck und konstanter Geschwindigkeit aus. Wenn Sie die Windkanalgrenzen hinzufügen und die Stromlinien parallel zur Oberfläche des Tunnels legen, würde es eine Beschleunigung der Strömung geben,$u_1<u_2$, somit wird dieses p=p_unendlich nicht mehr erreicht.

Diese Änderung des Geschwindigkeitsprofils wirkt sich auf die Messungen am Rechen aus, daher sind einige Korrekturen erforderlich. Je größer der Windkanal ist, desto kleiner sind die Korrekturen. Im Buch finden Sie dazu ein schönes Kapitel.

Zur letzten Frage, leider habe ich das Buch nicht mehr… Aber diese Methode hat tatsächlich einige Nachteile (zusätzlich zu den oben genannten). Erstens wird der Druckwiderstand fast vernachlässigt. Darüber hinaus ist die Messung der turbulenten Strömung am Nachlauf schwierig und führt zu Fehlern, wenn die Geschwindigkeit nicht normal zur Sonde ist (dies geschieht insbesondere bei hoher AoA).

Hoffe das hat geholfen!