Flödesvisualisering - Flow visualization

En modell Cessna med heliumfyllda bubblor som visar banorna i vingspetsvirvlarna .

Flödesvisualisering eller flödesvisualisering i vätskedynamik används för att synliggöra flödesmönstren för att få kvalitativ eller kvantitativ information om dem.

Översikt

Flödesvisualisering är konsten att synliggöra flödesmönster. De flesta vätskor (luft, vatten, etc.) är transparenta , så deras flödesmönster är osynliga för blotta ögat utan metoder för att göra dem synliga.

Historiskt sett inkluderade sådana metoder experimentella metoder. Med utvecklingen av datormodeller och CFD- simulerande flödesprocesser (t.ex. distribution av luftkonditionerad luft i en ny bil) har rent beräkningsmetoder utvecklats.

Metoder för visualisering

Skuggbild av den turbulenta varmluften som stiger från en gasgrill hemma. Foto av Gary S. Settles, Floviz Inc.

I experimentell vätskedynamik visualiseras flöden med tre metoder:

  • Ytflödesvisualisering: Detta avslöjar flödets strömlinjer i gränsen när en fast yta närmar sig. Färgad olja applicerad på ytan av en vindtunnelmodell ger ett exempel (oljan reagerar på ytskjuvspänningen och bildar ett mönster).
  • Partikelspårningsmetoder: Partiklar, såsom rök eller mikrosfärer , kan läggas till ett flöde för att spåra vätskans rörelse. Vi kan belysa partiklarna med ett ark laserljus för att visualisera en bit av ett komplicerat vätskeflödesmönster. Om vi ​​antar att partiklarna troget följer flödets strömlinjer kan vi inte bara visualisera flödet utan också mäta dess hastighet med hjälp av partikelbildshastighet eller partikelspårningshastighetsmetoder . Partiklar med densiteter som matchar vätskeflödets uppvisar den mest exakta visualiseringen.
  • Optiska metoder: Vissa flöden avslöjar deras mönster genom förändringar i deras optiska brytningsindex . Dessa visualiseras med optiska metoder som kallas skuggbild , schlierenfotografering och interferometri . Mer direkt kan färgämnen läggas till (vanligtvis flytande) flöden för att mäta koncentrationer; typiskt med användning av den ljusdämpning eller laserinducerad fluorescens -tekniker.

I vetenskaplig visualisering visualiseras flöden med två huvudmetoder:

  • Analytiska metoder som analyserar ett givet flöde och visar egenskaper som strömlinjer, strecklinjer och banor . Flödet kan antingen ges i en begränsad representation eller som en smidig funktion.
  • Texture advection metoder som "böjer" texturer (eller bilder) enligt flödet. Eftersom bilden alltid är ändlig (genomströmningen kan ges som en smidig funktion) kommer dessa metoder att visualisera approximationer av det verkliga flödet.

Ansökan

I beräkningsvätskedynamik kan den numeriska lösningen för de styrande ekvationerna ge alla vätskeegenskaper i rum och tid. Denna överväldigande mängd information måste visas i en meningsfull form. Således är flödesvisualisering lika viktig vid beräkning som vid experimentell vätskedynamik.

Se även

Referenser

  • Merzkirch, W. (1987). Flödesvisualisering . New York: Academic Press. ISBN 0-12-491351-2.
  • Van Dyke, M. (1982). Ett album med flytande rörelse . Stanford, CA: Parabolic Press. ISBN 0-915760-03-7.
  • Samimy, M .; Breuer, KS; Leal, LG; Steen, PH (2004). Ett galleri med flytande rörelse . Cambridge University Press. ISBN 0-521-82773-6.
  • Settles, GS (2001). Schlieren- och skugggraftekniker: Visualisering av fenomen i transparenta medier . Berlin: Springer-Verlag. ISBN 3-540-66155-7.
  • Smits, AJ; Lim, TT (2000). Flödesvisualisering: Tekniker och exempel . Imperial College Press. ISBN 1-86094-193-1.

externa länkar