Visualizzazione del flusso - Flow visualization

Un modello di Cessna con bolle piene di elio che mostrano le linee del percorso dei vortici dell'estremità alare .

La visualizzazione del flusso o la visualizzazione del flusso nella fluidodinamica viene utilizzata per rendere visibili i modelli di flusso , al fine di ottenere informazioni qualitative o quantitative su di essi.

Panoramica

La visualizzazione del flusso è l'arte di rendere visibili i modelli di flusso. La maggior parte dei fluidi (aria, acqua, ecc.) Sono trasparenti , quindi i loro schemi di flusso sono invisibili ad occhio nudo senza metodi per renderli visibili.

Storicamente, tali metodi includevano metodi sperimentali. Con lo sviluppo di modelli informatici e CFD che simulano processi di flusso (ad esempio la distribuzione dell'aria condizionata in una nuova automobile), sono stati sviluppati metodi puramente computazionali.

Metodi di visualizzazione

Shadowgraph del pennacchio turbolento di aria calda che sale da un grill a gas di un barbecue domestico. Fotografia di Gary S. Settles, Floviz Inc.

Nella fluidodinamica sperimentale , i flussi sono visualizzati con tre metodi:

  • Visualizzazione del flusso di superficie: rivela le linee di flusso nel limite quando ci si avvicina a una superficie solida. L'olio colorato applicato alla superficie di un modello in galleria del vento fornisce un esempio (l'olio risponde allo sforzo di taglio superficiale e forma un motivo).
  • Metodi di tracciamento delle particelle: particelle, come fumo o microsfere , possono essere aggiunte a un flusso per tracciare il movimento del fluido. Possiamo illuminare le particelle con un foglio di luce laser per visualizzare una fetta di un complicato schema di flusso del fluido. Supponendo che le particelle seguano fedelmente le linee di flusso del flusso, non solo possiamo visualizzare il flusso, ma anche misurare la sua velocità utilizzando i metodi di velocimetria dell'immagine delle particelle o di rilevamento delle particelle . Le particelle con densità che corrispondono a quella del flusso del fluido mostreranno la visualizzazione più accurata.
  • Metodi ottici: alcuni flussi rivelano i loro modelli mediante cambiamenti nel loro indice di rifrazione ottico . Questi sono visualizzati con metodi ottici noti come shadowgraph , fotografia schlieren e interferometria . Più direttamente, i coloranti possono essere aggiunti ai flussi (solitamente liquidi) per misurare le concentrazioni; tipicamente impiegando l' attenuazione della luce o tecniche di fluorescenza indotta da laser .

Nella visualizzazione scientifica i flussi vengono visualizzati con due metodi principali:

  • Metodi analitici che analizzano un determinato flusso e mostrano proprietà come linee di flusso, linee di traccia e linee di percorso . Il flusso può essere dato in una rappresentazione finita o come una funzione regolare.
  • Metodi di advezione della trama che "piegano" le trame (o le immagini) in base al flusso. Poiché l'immagine è sempre finita (il flusso attraverso potrebbe essere dato come una funzione liscia), questi metodi visualizzeranno approssimazioni del flusso reale.

Applicazione

Nella fluidodinamica computazionale la soluzione numerica delle equazioni di governo può fornire tutte le proprietà del fluido nello spazio e nel tempo. Questa enorme quantità di informazioni deve essere visualizzata in una forma significativa. Quindi la visualizzazione del flusso è ugualmente importante nel calcolo come nella fluidodinamica sperimentale.

Guarda anche

Riferimenti

  • Merzkirch, W. (1987). Visualizzazione del flusso . New York: stampa accademica. ISBN 0-12-491351-2.
  • Van Dyke, M. (1982). Un album dal movimento fluido . Stanford, CA: Parabolic Press. ISBN 0-915760-03-7.
  • Samimy, M.; Breuer, KS; Leal, LG; Steen, PH (2004). Una galleria di movimenti fluidi . Cambridge University Press. ISBN 0-521-82773-6.
  • Settles, GS (2001). Tecniche di Schlieren e shadowgraph: Visualizzazione di fenomeni in mezzi trasparenti . Berlino: Springer-Verlag. ISBN 3-540-66155-7.
  • Smits, AJ; Lim, TT (2000). Visualizzazione del flusso: tecniche ed esempi . Imperial College Press. ISBN 1-86094-193-1.

link esterno