المفتوح النوع من رياح نفق وتشغيل تصميم

: حسن الرسول عبد إبراهيم قبل من مقدم . رومي: عبيد ثائر د إشراف

الجو علوم قسم2015نيسان 23

جمهورية العراقوزارة التعليم العالي

والبحث العلميالجامعة المستنصرية

كلية العلوم

DESIGNING AND RUNNING AN OPEN TYPE WIND TUNNEL

2

Motivation الحافز هذا البحث ينصب على عمل وتشغيل نفق رياح من النوع •

المفتوح الذي روعي في تصنيعه قة الكلفة مع امكانية عمل التحويرات عليه بسهولة ومطابقته للشروط العلمية.

يمكن االستفادة من نفق الرياح المصنع في مجال بحوث •متعددة تتضمن الجريان األضطرابي والصفائحي فضالً عن

التطبيقات الهندسية. كما يمكن االعتماد عليه الحقاً كتجربة مختبرية في قسم علوم الجو.

3

Fluid Dynamics داينمك الموائع Fluid Mechanics

Fluid Dynamics

Hydrodynamics Aerodynamics

الطائرات وعزوم قوى حساب االنابيب خالل للبترول بالنسبة الكتلة جريان معدل تحديد للجو الضغطية باالنماط التنبؤ الرياح نفق تطبيقات التطبيقات من والكثير

4

قابلية األنضغاط واللزوجة بالنسبة للهواءAir Compressibility and Viscosity

أهم صفات الموائع

قابلية اإلنضغاط

تغير يظهر البالكثافة ملموس

في) متوفرةالجVريانات

حيث البطيئةالحركية الطاقةمقارنة صغيرVة

بالطاقة الحرارية(.

اللزوجة

المائع القابل

لإلنضغVاط

الغير المائعقابل

لإلنضغاط المائعاللزج

الغير المائعلزج

الكثافة في التغيرات انفي االنحدار مع تقترن

ذات. والجVريانات الضغطحيث االعلى، السرVع

تكون الحVركية الطاقةالطاقة قيمة بقدر ً تقريبا

لها ستكون الحرارية،خالل متغيرة كثافات

تعتبر بالتالي وهي الوسطلالنضغاط قابلة مواد

تعني • اللزوجةبين االحتكاك

المائع جزيئاتنفسها.

مع • تزداد اللزوجةالطاقة زيادة

الحVرارية.القوة • كانت اذا

من أكبر القصوريةفهذا اللVزجية القوى

رينولدز عدد ان يعنيكبير

بين • االحتكاكقليل الجزيئات

جداً.موجود • غير

ولكنه بالطبيعةفي مفيد

تبسيط المسائل الرياضية

واالفتراضية.

5

الجريان اإلضطرابي والجريان الصفائحيTurbulent and Laminar Flow

اإلضطراب هو جريان يتميز بدوامات وعشوائية واضحة. اما الجريان الذي •ال يكون فيه اإلضطراب واضحاً فيسمى جريان صفائحي.

فالجريان الصفائحي هو الجريان الذي تتخذ فيه الجزيئات اإلنفرادية •مسارات إنسيابية ال تتقاطع مع بعضها وتكون محددة جيداً. يطلق على هذا

او الجريان اللزجي Stream line flowالجريان، جريان خط اإلنسياب Viscous flow.

6

Anemometers سرعة الرياح Vمقاييس

هناك العديد من مقاييس سرعة الرياح، لكل منها مميزات

ومحدوديات وقد تكون مفضلة في بعض ذو الحاالت دون األخرى الرياح سرعة لمقياس فبالنسبة

الساخن Hot –wireالسلكAnemometer

دقيق ساخن سلك يستخدم فهويُسخن حيث الرياح سرعة لقياس

. المحيطة المنطقة حرارة درجة فوقيبرده السلك فوق المار الهواء انكلما اسرع المار الهواء كان وكلما

. مقاومة تعتمد ابرد السلك اصبحتتغير لذلك الحرارة درجة على السلكرياح سرعة قيمة الى وتترجم الفولتية

في) المستخدم هو المقياس هذاالبحث(

7

ومحمي • مصمم فضاء هو الريح نفقبوسائل الهواء اليه يضVخ او منه يسحبمعينة سرعة انجاز لغرض ميكانيكيةلحظة عند ً مسبقا محدد جريان ونمط معVينة.

التعريف

وخواص • الجريان لدراسVVVVة يسVVVVتخدمنماذج غمVس خالل مVن المختلفVة المائVعبواسVطة او بالنظVر ورصVدها المائVع فVيوحسVVVVابات قياسVVVVات وعمVVVVل اجهزة

. الحقيقي للعالم محاكاة عملية وكذلك

الغرض

الجريان • لطبيعVVVVة ً تبعا االنفاق تصVVVVنف. والتطبيقات التصنيفوالحجم

Wind tunnel الرياح نفق

8

الرياح لنفق الرئيسية األنوVاعالنوع من الرياح نفق

المفتوحمVVVVVVن • الهواء يأخVVVVVVذ

احدى فVVVVي المحيVVVVطثVم النفVق، دائرة نهايتVي

خالل الهواء يمرريطرحVه ثVم ومVن النفVق،

. المحيط الى ً النوع خارجا من الرياح نفقالمغVلق

من • ثابتة بكتلة يحتفظيستخدم ال وهو الهواء،

عملية تمثيل فيالهواء ويدور التسرب،

خالل من حلقة في . له المختلفة األجزاء

تختلف واغراض فوائد . المفتوح النوع عن

9

المفتوح الرياح نفق مكونات خصائصOpen-Type Wind Tunnel Components

• Flow Conditioner- Honeycomb• Contraction Section• Test Section• Diffuser Section

10

المفتوح الرياح نفق مكونات خصائصOpen-Type Wind Tunnel Components

• Flow Conditioner- Honeycomb العسل خاليا

في او االنكماش مقطع بداية في توضع: . هو منها والغرض الفحص مقطع بداية

محور 1. باتجاه ليكون الجريان توجهالنفق.

.2. وازالتها الكبيرة الجريان دوامات تقطيع

11

المفتوح الرياح نفق مكونات خصائصOpen-Type Wind Tunnel Components

• Contraction Sectionاإلنكماش • مقطع وهو

يعجل انه منه والغرضمقطع باتجاه الجريان ويوجه

الفحص.كفاية • صغير يكون ان يجب

. المحاددة الطبقة نمو لتقليللمنع اخرى ناحية من وكبير

الكبيرة الضغطية اإلنحدارات. الجدار طول على الضارة

12

المفتوح الرياح نفق مكونات خصائصOpen-Type Wind Tunnel Components

• Test Sectionويمثل • الفحص مقطع وهو

ويكون العمل منطقةالرصد لغرض ً شفافا. والتصوير والمراقبة

قابلية • يوفر ان يجبوضع يمكن بحيث وصول

. الفحص نماذج

13

المفتوح الرياح نفق مكونات خصائصOpen-Type Wind Tunnel Components

• Diffuser SectionانVVه • وعملVVه المشتVVت مقطVVع وهVVو

القادم العاليVة السVرعة جريان يبطىVءينجVVز وبذلVVك الفحVVص، مقطVVع مVVناالسVVتاتيكي الضغVVط تصVVحيح اعادةالسVياقة نظام علVى الحمVVل ويقلVص

.) المروحة)تزداد • ان ينبغVي المشتVت مسVاحة ان

الرياح، نفVق محور طول علVى ً تدريجيا . الجريان تقطعات يمVنع وبذلك

14

العملي الجزءنفق. 1 تصنيع

الرياحاإلنكماش. 2 مقطع تصنيعالفحص. 3 مقطع تصنيعالمشتت. 4 مقطع تصنيعالعسل. 5 خاليا تصنيعالنفق. 6 مكونات جمع

قدر ليكون الرياح نفق بناء تممختلفة لتطبيقات مالئم اإلمكان

والدراسات التطبيقات وخاصةكالطبقات الجو بعلوم الخاصةومعايرة واالضطراب المحاددة

تبنى. وضع الذي التصميم األجهزة : هي رئيسية مبادىء ثالثة

وقلة القياسية المعايير مطابقةالتحوير وسهولة الكلفة

15

العملي الجزءالرياح. 1 نفق تصنيعمقطع. 2 تصنيع

اإلنكماشالفحص. 3 مقطع تصنيعالمشتت. 4 مقطع تصنيعالعسل. 5 خاليا تصنيعالنفق. 6 مكونات جمع

وعلى • الخشب من عمله تمناقص رباعي هرم شكل

في الظاهرة واالبعاد بالحجم:الشكل

63 cm50 cm

20 cm50 cm

16

العملي الجزءالرياح. 1 نفق تصنيعاإلنكماش. 2 مقطع تصنيعمقطع. 3 تصنيع

الفحصالمشتت. 4 مقطع تصنيعالعسل. 5 خاليا تصنيعالنفق. 6 مكونات جمع

السطح • عدا الزجاج من عملالبالستك من هو الذي العلوي

ألدخال اثقب الذي الشفاف. الريح سرعة مقياس مجس

السليكون • مادة استخدام تمفقد العلوي السطح عدا للصق

. الالصق الشريط استخدمهو • سنتمتر 50*20*20الحجم

مكعب.

17

العملي الجزءالرياح. 1 نفق تصنيعاإلنكماش. 2 مقطع تصنيعالفحص. 3 مقطع تصنيعمقطع. 4 تصنيع

المشتتالعسل. 5 خاليا تصنيعالنفق. 6 مكونات جمع

الثالث • المقطع هو المشتت مقطعمن وصنع الرياح نفق في واألخيرمقطع الى مشابه بشكل الخشب

. قليال مختلفة بابعاد ولكن االنكماشلنفق النهائي المخطط يصبح لذا

. ادناه الشكل في كما الرياح13o 10o

    

Table

Wind tunnel

195 cm

Test sectionContraction section Diffusion section

18

العملي الجزءالرياح. 1 نفق تصنيعاإلنكماش. 2 مقطع تصنيعالفحص. 3 مقطع تصنيعالمشتت. 4 مقطع تصنيعخاليا. 5 تصنيع

العسلالنفق. 6 مكونات جمع

قصبات • من العسل خاليا عملتعن كبديل البالستيكية العصائر

وهي السداسية القصباتلصق وتم اعتيادياً متوفرة

مع الصمغ بواسطة القصباتذات حزم شكل على بعضها

بحدود 7طول وقطر 0.5سمبداية. في الحزمة ووضعت سم

. الفحص مقطع

19

جمع وربط وتهيئة مكونات نفق الرياح

.1. الفتحات جميع سد وتم الفوم مادة بواسطة المكونات جميع ربط تم

.2. المشتت مقطع نهاية في المروحة تركيب تم

.3. الساخن السلك ذو الرياح مقياس جهاز استخدم

20

تشغيل نفق الرياح•. طاقتها باعلى المروحة تشغيل تمألخذ • الساخن السلك ذو الرياح قياس جهاز استخدم

لكل راسي بشكل الهواء سرعة ولحاالت 1قراءات سممختلفة.

•. ً الحقا ستذكر مختلفة لتحويرات اخرى قراءات عملت كما

21

أخذ القراءات لسرعة الرياح

االرتفاع

) سم)

مع الهواء سرعةمكيف تشغيل

الهواء

الهواء سرعةمكيف بدون) أولى) قراءة

الهواء سرعةمكيف بدون) ثانية) قراءة

الهواء سرعةالباب بفتح

والنوافذ1 7.9 8.3 8 7.62 7.7 8.2 7.8 7.53 7.4 7.7 7.4 7.34 7.2 7.3 7.3 7.25 7.2 7.5 7.2 6.96 7.1 7.5 7.1 6.97 6.9 7.5 7 6.98 6.8 7.1 6.9 6.99 6.8 7.4 6.8 6.910 6.7 7.1 6.5 6.911 6.6 7.1 6.4 6.712 6.5 7 6.4 6.513 6.4 7 6.3 6.614 6.4 7.2 6.2 6.315 6.3 7.2 6.1 6.316 6.1 6.8 6 6.217 6.2 6.4 5.7 6.218 5.8 6.1 4.8 6.119 5 5.5 4.5 5.820 4.8 5 4.4 5.5

22

العالقة بين سرعة الهواء واالرتفاعلكgل • االرتفاع مgع الفحgص مقطgع داخgل الهواء سgرعة بيgن العالقgة رسgمت

1. سم الموجود • المكيgف اشتغال مgع المأخوذة القراءات تمثgل األولgى المحاولgة

مقطggع فوهggة يقابggل منggه الخارج الهواء تيار كان والذي الغرفggة فggييقارب ما مسافة على . 1اإلنكماش متر

إشتغال • بدون اجريggت التggي القراءات همggا والثالثggة الثانيggة المحاولggة . الغرفة ونوافذ باب واغالق المكيف

• . الغرفة ونوافذ باب بفتح القراءات تمثل الرابعة المحاولة

44.555.566.577.588.590

5

10

15

20

25

First attemptSecond attemptThird attemptFourth attempt

air speed (m/s)

heig

ht (c

m)

23

العالقة بين سرعة الهواء واالرتفاع

44.555.566.577.588.590

5

10

15

20

25

First attemptSecond attemptThird attemptFourth attempt

air speed (m/s)

heig

ht (c

m)

قرب االرتفاع زيادة مع ً نسبيا تتناقص الهواء سرعة ان هي البارزة السمة ان لوحظمقياس مجس ادخال فتحة من للهواء تسرب الى يعود قد وهذا العلوي السطح

فيسبب العلوي السطح في صغيرة فتحات من او الساخن السلك ذو الرياح سرعة . بين التام االنطباق عدم نتيجة الدوامات بعض لحصول ربما او السرعة في تباطؤ

. الفحص ومقطع االنكماش مقطع القراءات اغلب ان حيث جيدة تعتبر المحصلة النتيجة فأن ذلك من الرغم على

. التدريجي وتغيرها القيم لثبوتية ً صفائحيا كان الجريان بان تظهر المأخوذة ونوافذ باب غلق او بفتح المسجلة القراءات في ملموس اختالف هناك يكن لم

. المحيط بالجو ً كثيرا يتأثر ال النفق ان يعني وهذا الغرفة

24

أخذ القراءات بدون وجود خاليا العسل

خاليVVا • الغاء فيهVVا تVVم اخرى تجربVVة اجريVVت لقVVد .) سVرVعة ) فVي زيادة لوحVظ وقVد القصVبات العسVلبيVVن Vتتراوح القراءات كانVVت بحVيVVث ً عموما الهواء

يتراوح 10.5و7.5 وبمعدل بالثانيVVة VرVVر 9.8متVVمتوجود. حالVVVة مVVVن اعلVVVى السVVVرعة وهذه بالثانيةتسVببها التVي المقاومVة VىVعل ً دليال VيVويعط القصVبات . Vان علمVا الهواء مجرى VقVطري فVي القصVبات هذهكVبير تذبذب هناك كان بVل دVقيقVة تكVن لVم القراءات

. اإلضطرابية الدوامات وجود بسبب Vالقياس في

25

قياس سرعة الريح بشكل مستعرض ورأسي

قياس عملية اجراء تمداخل الهواء لسرعة

بشكل الفحص مقطعوراسي مستعرض

. وكانت ارتفاعات ولعدةالشكل في كما النتيجة

بأنه يظهر الذي المجاوراختالفات هناك تكن لمبشكل الرياح سرع في

حالة في كما مستعرض. الرأسي القياس

26

قياس سرعة الهواء خارج نفق الرياح •. الريح نفق خارج الهواء لسرعة قياسات اخذ تممسافة • على القياسات اخذ حالة و 10ففي بالقرب 50سم سم

اقل ً عموما الهواء سرعة معدل كان االنكماش مقطع فتحة منبعد 0.5من على السرعة ومعدل بالثانية . 50متر ُ صفرا كان سم

بعد • وعلى الخارج الى قياسات اخذ حالة في و 10اما سم 50سم ) سرعة ) معدل كان فقد المروحة قرب اي المشتت مقطع من

بعد على بحدود 10الهواء مسافة 1.5سم وعلى بالثانية 50متربحدود .0.5سم بالثانية متر

الريح • نفق بان تعني الخارج في الهواء لسرع القليلة القيم هذه. الخارج في بالهواء ً كثيرا التأثر من بالداخل الهواء بعزل قام ً فعال

27

قياس سرعة الهواء بالغاء مقطع االنكماش تأثير • لبيان محاولة في

من األنكماش مقطعمتوازي عمل تم عدمه

الورق من اضالعمن مفتوح المقوى

داخل وادخاله الجانبينبدون اإلنكماش مقطع

او الصقة مواد استخدامقراءات واخذ عوازلبنفس الهواء لسرعة

. السابقة الطرق

28

قياس سرعة الهواء بالغاء مقطع االنكماش مقطع • ان تظهر فهي المجاور الشكل في كما كانت النتيجة

مقطع داخل الهواء سرعة زيادة في يسهم كان االنكماشالفحص.

55.566.577.588.50

5

10

15

20

25

a- Air speed without contraction

b- Air speed with contraction

air speed (m/s)

Heig

ht (c

m)

29

قياس سرعة الهواء بوضع عائقالرياح • نفق داخل الهواء جريان عVلى عوائق وجود تأثير فحص لغرض

كان بحيث الفحص مقطع منتصف في الخشب من قطعVة وضعVتهو هو cm 4.5ارتفاعها الهواء لجريان المقابل . cm* 10 cm 4.5والوجه

2 3 4 5 6 7 802468

101214161820

Air speed

Air Speed (m/s)

Heig

ht (c

m)

كانت • واالرتفاع السرعة بين العالقة . ان ويالحظ المجاور الشكل في كما

كانت الهواء سرعة في الزيادةارتفاع نطاق في سريع بمعدل

بعملية الدوامات تسببت ثم العائقهناك فكان العائق فوق الهواء خلطتناقص يتبعه الهواء سرعة في ثبوت. العلوي السطح مع Vاالحتكاك بسبب

امكانية • تقترح التجربة وهذهدراسة في الرياح نفق استخدام

وسرعة السطحية الخشونة طول. السطوح أنواع لمختلف االحتكاك

30

إظهار صورة نمط الجريانمن • بعدد المتولد الدخان استخدام تVم الجريان نمط صورة إظهار لغرض

. وخاصVة ومفيدة جيدة طريقة وهي الجريVان انسياب لمشاهدة البخور اعوادالطاقة Vوتوليد األبنية على الهواء تأثير مثل والهندسية العلمية التطبيقات في. وغيرها السيارات على السحب وقوى للطائرات بالنسبة الرفع وقوة بالرياح

31

قياس سرعة الهواء بتغيير فولتية اإلدخال وكذلك حسVاب معدل الجريان الحجميالى • الداخلة الفولتية وتغVيير للتحكم الكترونية دائرة تصنيع تم

. السرعة تغيير لغرض المروحة

ثابت • ارتفاع عند الفولتية تغيير مع الهواء لسرعة قراءات اخذ تماإلدخالcm g 10وهو فولتية

) فولت)عند الهواء سرعة

cm 10ارتفاع الحجمgي الجريان gمعدل

(m3/s)100 2.5 0.1110 2.8 0.112120 4.2 0.168130 5.3 0.212140 6.1 0.244150 6.5 0.26160 6.6 0.264170 6.8 0.272180 6.9 0.276190 7 0.28200 7.1 0.284

32

زيادة • مVع تزداد السVرعة ان تظهVر والسVرعة الفولتيVة بيVن العالقVة شكVلالمعايرة. مسVألة فVي تكمVن عليهVا الحصVول يمكVن التVي الفائدة ان الفولتية

calibration .طVبVض يمكVن الهواء VرعةVوس الفولتيVة بيVن العالقVة تدريVج فعنVدبحيVث رياح Vمقياس اسVVتخدام بدون VصVالفح مVقطVVع داخVل الهواء VرعةVسالVى تحتاج التVي الرياح قياس اجهزة معايرة فVي المخطVط اسVتخدام يمكVن

. ضVبط او معايرة اعادةالحجمVي • الجريان معدل حسVاب ً ايضا حاصVل Volume flow rateتVم وهVو

VضVVبع فVVي مهVVم باراميتVVر وهVVو VصVVالفح مقطVVع بمسVVاحة السVVرعة ضربالتطبيقات.

80 100 120 140 160 180 200 2200

1

2

3

4

5

6

7

8

Air Speed

Input Voltage (volts)

Air S

peed

(m/s

)

33

حسابات سرع رياح باستخدام قاعدة بيرنولي وعدد ماخبيرنولVي • قاعدة اسVتخدام . Bernoulli’s PrincipleيمكVن وهذه المشتت فتحVة نهايVة عنVد الهواء سVرعة لحسVاب

. مVن اقVل كان فاذا الرياح لنفVق حسVابه يمكVن ماخ عدد إنضغاطي غيVر الهواء اعتVبر اذا اال تطبVق ال أVي 0.3القاعدة(M<0.3: إنضغاطي( غير الهواء فيعتبر

مVن بكثيVر أقVل هVو اسVتخدام 0.3والذي يمكVن لذا ً إنضغاطيا ال اعتباره يمكVن الرياح نفVق دVاخVل فVي فالهواء لذلVكالى ) مساوية للسرعة قيمة اخذ تم بيرنولي (:m/s 7قاعدة

كانت والتي قسناها التي القيمة الى مقاربة القيمة هذه .m/s 1.5ان• 

األستنتاجات.1. صفائحي جريان على والحصول وتشغيله الرياح نفق بناء تم.2 . االعتبار بنظVر االخVذ تVم لقVد المحاددة والطبقات باالضطراب الخاصVة المVختبريVة التجارب ألجراء النفVق يصVلح

. وبسهولة المستقبل في عليه تحوير اي اجراء قابليةالى 3. ً احيانا تصل رياح سرعة على الحصول .12تم الجو في االعتيادية السرع الى مقاربة سرعة وهي بالثانية مترداخVل 4. مVن للهواء تسVريب الVى يرجVع ربمVا وذلVك االرتفاع مVع ً نسVبيا تتباطVأ الفحVص مقطVع خالل الهواء جريان سVرعة

ناتجVة الدوامات وهذه العلوي، السVطح قرب التباطVؤ تسVبب التVي الدوامات بعVض حصVول ربمVا او الفحVص مقطVع . الفحص ومقطع االنكماش مقطع بين التام االنطباق عدم من

.5 ) يؤكVد ) وهذا التذبذبات مVن وخاليVة عاليVة ثبوتيVة ذات كانVت العسVل خاليVا القصVبات بوجود المحصVلة القراءات. الصفائحي الجريان

.6. المقاومة لتناقص السرعة تزداد حين في القصبات الغاء عند اضطرابي يصبح الجريان

.7. مستعرض بشكل الرياح سرع في فروقات هناك تكن لم

.8. خارجه المحيط بالجو ً كثيرا يتأثر ال الرياح نفق ان لوحظ

.9. المقطع هذا وجود ضرورة يؤكد ممVا الهواء سرعة تناقص لوحظ االنكماش مقطع الغاء عندمقياس. 10 اسVتخدام بدون الفحVص مقطVع داخVل الهواء سVرعة ضبVط الهواء وسVرعة الفولتيVة بيVن العالقVة بتدريVج يمكVن

. ضبط او معايرة اعادة الى تحتاج التي الرياح قياس اجهزة معايرة في المخطط استخدام يمكن بحيث رياحالمقطVع. 11 نهايVة فVي الهواء سVرعة وقياس النفVق فVي الهواء انضغاطيVة عدم ألثبات بيرنولVي وقاعدة ماخ عدد اسVتخدام

الVى مسVاوي ماخ عدد كان حيVث الVى 0.02المشتVت مسVاوية المشتVت نهايVة عنVد الهواء والتVي m/s 1.38وسVرعة( ً عمليا المقاسة القيمة من قريبة (.m/s 1.5هي

35

المقترحاتكافVVة 1. وحسVVاب السVVرع وتغييVVر الرياح نفVVق تطويVVر

. الوقت لضيق حسابها يتم لم التي الباراميترات.2. الرياح نفق من المغلق النوع عمل محاولةاجراء 3. مجال ضمVVVVVن المعمول الرياح نفVVVVVق اعتماد

للدراسVات المختVبرات تجارب ضمVن وكذلVك البحوثاألولية.

36

لكم شكراً