بررسي برخورد جريان سيال جت آشفته مستطيلي به يك ديواره توسط سرعت‌سنجي ليزري داپلر – بررسي تجربي و تحليل خطا

Investigation of turbulent slot impinging jet using laser doppler anemometry method– Experimental research and error analysis

در اين مقاله، نتايج حاصل از اندازه‌گيري آزمايشگاهي كميت‌هاي متوسط و نوساني جريان برخورد جت آشفته مستطيلي به يك ديواره ثابت توسط روش سرعت سنجي ليزري داپلر گزارش شده است. هدف از انجام اين تحقيق، بررسي و مقايسه جريان در اعداد رينولدز مختلف و همچنين تعيين تاثير دو خطاي تاثيرگذار آزمايشگاهي يعني تعداد داده‌هاي جمع‌آوري شده و زمان اقامت ذرات درون حجم اندازه‌گيري بر سرعت متوسط محاسبه شده است. فاصله نازل تا ديواره، 10 برابر عرض نازل در نظر گرفته شده و آزمايش‌ها براي سه عدد رينولدز 3000، 6000 و 9000 تكرار شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه تنها رابطه بيان شده براي پيش‌بيني تعداد داده‌هاي مورد نياز براي اطمينان از استقلال متغيرهاي متوسط جريان از تعداد داده‌هاي جمع‌آوري شده كامل نيست و بسته به شدت آشفتگي جريان مي‌تواند كاملا ناكارآمد باشد. همچنين از زمان اقامت وزني براي محاسبه سرعت‌هاي متوسط استفاده شده و با نتايج حاصل از روش سرعت‌ سنجي تصويري ذرات مقايسه شده است. نتايج حاكي از تطابق خوب نتايج روش سرعت سنجي ليزري داپلر و سرعت‌ سنجي تصويري ذرات با لحاظ كردن اثر زمان اقامت در معادلات براي جريان برخورد جت آشفته به ديواره است. در نهايت، سرعت‌هاي متوسط و تنش‌هاي رينولدز براي مقاطع مختلف جريان و در اعداد رينولدز متفاوت گزارش شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه رفتار و مقدار سرعت‌هاي بي‌بعد متوسط براي اعداد رينولدز مختلف در اكثر مقاطع مشابه است حال آن‌كه تنش‌هاي اغتشاشي بي‌بعد داراي مقادير متفاوت در اعداد رينولدز مختلف است.

In this paper, the results obtained from experimental measurements of average and turbulence quantities of a turbulent rectangular impinging jet hitting a fixed wall are reported using the laser doppler anemometry (LDA) method. The nozzle to plate distance is 10 times the nozzle width, and the tests are repeated for three different Reynolds numbers, namely Re=3000, 6000 and 9000. The aim of the current research was to investigate and compare flow in different Re and also to determine the two effective experimental errors on average velocities, namely data sampling and residence time in measurement volume. The results reveal that the previous stated correlation for prediction of the number of data required for ensuring independence of the average flow variables on the number of the sampled data is not sufficient by itself, and depending on the turbulence intensity of the flow, this correlation could become ineffective. Further, in the present study, the residence time is used for calculation of average velocities, and the results are compared with those obtained by particle image velocimetry (PIV) method. The comparison shows good agreement between the results from LDA and PIV when considering effect of residence time within the averaging equations in the former method. The results show that the behavior and quantity of the dimensionless average velocities for various Reynolds numbers are identical at most cross sections of the flow domain while the dimensionless turbulent stresses have different quantities at different values of the Reynolds number.