Trabajo Práctico Nº 1

MECÁNICA DE LOS FLUIDOS II - Ingeniería Aeronáutica
Trabajo Práctico Nro. 1: Anemometría de hilo caliente.
Dictada: 17/03/09
Vence: 31/03/09
En el túnel de vientos se realizaron mediciones de velocidades instantáneas en la estela
de un cilindro de sección circular. Los datos adquiridos en el túnel de vientos se
hallan en formato .txt. El archivo p1.txt fue medido sobre el plano de simetría, el p2.txt
a 25 mm, el p3.txt a 50 mm., etc. La altura del sensor sobre el piso del túnel fue 300
mm. La primera columna indica el tiempo de adquisición, la segunda columna de datos
corresponde a la componente longitudinal de la velocidad y la 3era. corresponde a la
componente lateral, v, positiva hacia adentro del túnel. La frecuencia de adquisición fue
1000 Hz/canal y la señal fue previamente filtrada con un pasa baja a 300 Hz. El
cilindro, de 260 mm. de diámetro y 500 mm. de altura, se encontraba en posición
vertical. Se colocó una placa en el borde para reducir efectos tridimensionales en el
flujo sobre el mismo (lo que no impide que la estela sea tridimensional). La velocidad
de la corriente libre fue de 7 m/s.
1) Graficar velocidad instantánea (componentes u y v) en función del tiempo para y =
0 mm. y para y = 300 mm. Comparar los gráficos. Describir y justificar las diferencias.
2) Calcular y graficar en función de x: a) vector velocidad media; b) valores rms de u’ y
de v’; c) intensidad de turbulencia; d) tensiones de Reynolds τxx, τxy, τyy.
4) Comparar el valor de las tensiones turbulentas con el valor de τxy = μ dU/dy. (U
media). Estimar dU/dy a partir de las mediciones.
5) La frecuencia de desprendimientos vorticosos periódicos en cuerpos romos (los que,
si son estables forman las “calles de Von Karman”) está determinada por el número de
nD
Strouhal: St =
, donde n es la frecuencia de desprendimiento de vórtices de signo
V
alternado, D la longitud de referencia, el diámetro en el caso del cilindro, y V la
velocidad de la corriente libre (U = 7 m/s en nuestro caso). Pueden detectarse
evidencias de esos vórtices por inspección visual de las curvas u(t)? Si es así, imprimir
un gráfico en el que se detecten. (Ver gráfico en pág. siguiente).
6) El desprendimiento de estos vórtices genera sobre el cilindro variaciones periódicas
de circulación, las que producen fuerzas verticales cíclicas. Las fuerzas por unidad de
longitud se calculan:
1
F = Ck * D * ρV 2 * e iωt
2
donde el coeficiente Ck se halla también en el gráfico. Calcular la magnitud de estas
cargas sobre el cilindro. Qué ocurriría si la frecuencia de desprendimientos coincidiera
con la frecuencia natural del cilindro, montado sobre un soporte elástico?
7) Un avión vuela a una velocidad relativa al viento de 50 m/s, y está equipado con un
anemómetro de hilo caliente en la punta del ala. Las fluctuaciones de velocidad de la
atmósfera son del orden de 0.5 m/s y su escala espacial es del orden de 100 m. ¿Cuál
será la frecuencia asociada a esa escala de turbulencia? Se desea detectar
confiablemente remolinos de hasta 0.1 m de escala espacial. ¿Qué frecuencia debe tener
el filtro pasa-baja de la señal analógica y cuál debe ser la mínima frecuencia de
adquisición del anemómetro?