المفتوح النوع من رياح نفق وتشغيل تصميم

: عب��د إ��برا�هيم قب��ل م��ن مقدمحسن الرسول

الجو علوم قسم2015

جمهورية العراقوزارة التعليم العالي

والبحث العلميالجامعة المستنصرية

كلية العلوم

DESIGNING AND RUNNING AN OPEN TYPE WIND TUNNEL

2

هدف البحثهذا البحث ينصب على صنع وتشغيل نفق رياح من النوع •

المفتوح ليكون مالئماً لالستخدام في محاكاة الواقع الحقيقي في التجارب والدراسات والبحوث والتطبيقات العلمية

والهندسية التي تتعلق بالجريان الصفائحي واالضطرابي ودراسة الخشونة السطحية ومعامل السحب على المركبات

وقوى الرفع للطائرات والحمل على األبنية والمنشئات وتوليد الطاقة بالرياح. ان التصميم المقترح روعي في تصنيعه قلة الكلفة مع امكانية عمل التحويرات عليه بسهولة ومطابقته

للشروط العلمية. يبلغ سعر نفق الرياح الموجود في السوق دوالر لذا يعتبر هذا النفق المصنع 23000المحلي حوالي

بديل مقبول ومفيد.

3

الجريان اإلضطرابي والجريان الصفائحيTurbulent and Laminar Flow

الجريان اإلضطرابي هو جريان يتميز بدوامات وعشوائية واضحة. •اما الجريان الصفائحي فهو 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.

4

Wind tunnel التعريف العلمي لنفق الرياح

يضخ • او منه يسحب ومحمي مصمم فضاء هو الريح نفقمعينة سرعة انجاز لغرض ميكانيكية بوسائل الهواء اليه

. معينة لحظة عند ً مسبقا محدد جريان ونمطالتعريف

مqن • المختلفqة المائqع وخواص الجريان لدراسqة يسqتخدمبواسqطة او بالنظqر ورصqدها المائqع فqي نماذج غمqس خاللمحاكاة عمليqة وكذلqك وحسqابات قياسqات وعمqل اجهزة

. الحقيقي للعالمالغqرض

•. والتطبيقات والحجم الجريان لطبيعة ً تبعا االنفاق تصنف التصنيف

5

األنواع الشائعة لنفق الرياحالنوع من الرياح نفق

المفتوحمqqqqqqن • الهواء يأخqqqqqqذ

احدى فqqqqي المحيqqqqطثqم النفqق، دائرة نهايتqي

خالل الهواء يمرريطرحqه ثqم ومqن النفqق،

. المحيط الى ً خارجا

النوع من الرياح نفقالمغqلق

من • ثابتة بكتلة يحتفظالهواء ويدور الهواء،خالل من حلقة في

. له المختلفة األجزاءتختلف واغراض فوائد

. المفتوح النوع عن

6

المفتوح الرياح لنفق الرئيسية المكوناتOpen-Type Wind Tunnel Components

اإلنكماش. 1 مقطعContraction Section

الفحص. 2 مقطعTest Section

المشتت. 3 مقطعDiffuser Section

7

المفتوح الرياح نفق مكونات خصائص

العسل Honeycombخاليافي او االنكماش مقطع بداية في توضع

سداسية تكون وهي الفحص مقطع بدايةمنها اخرى اشكاال تأخذ ً واحيانا المقطع

: . هو منها والغرض المقطع دائريةمحور 1. باتجاه ليكون الجريان توجيه

النفق..2. وازالتها الكبيرة الجريان دوامات تقطيع

8

المفتوح الرياح نفق مكونات خصائص

Contraction Section اإلنكماش مقطع• . الفحص مقطع باتجاه الجريان ويوجه يعجل انه منه الغرض• . المحاددة الطبقة نمو لتقليل كفاية صغير يكون ان يجب

اإلنحدارات لمنع كفاية كبير يكون ان يجب أخرى ناحية ومن. الجدار طول على الضارة الكبيرة الضغطية

9

المفتوح الرياح نفق مكونات خصائص

الفحص Test Sectionمقطعالرصد • لغرض ً شفافا ويكون العمل منطقة ويمثل

. والتصوير والمراقبةنماذج • وضع يمكن بحيث وصول قابلية يوفر ان يجب كما

. قياس اجهزة اية او الفحص

10

المفتوح الرياح نفق مكونات خصائص

المشتت Diffuser Sectionمقطعالقادم • العاليqة السqرعة جريان يبطىqء انqه وعملqه

تصqحيح اعادة ينجqز وبذلqك الفحqص، مقطqع مqننظام علqqى الحمqqل ويقلqqص االسqqتاتيكي الضغqqط

.) المروحة ) السياقة

11

العملي الجزءلتطبيقات • مالئم اإلمكان قدر ليكون الرياح نفق بناء تم

بعلوم الخاصة والدراسات التطبيقات وخاصة مختلفةومعايرة واالضطراب المحاددة كالطبقات الجومبادىء. ثالثة تبنى وضع الذي التصميم األجهزة

: هي رئيسية(1( و( القياسية المعايير و( )2مطابقة الكلفة ( 3قلة

. التعديالت اجراء سهولةمقطع • قطع للصق السليكون مادة استخدام تم

استخدم فقد العلوي السطح عدا بعضها مع الفحصالنماذج وادخال فتحه سهولة لغرض الالصق الشريط

. كافة لغلق الفوم مادة استخدمت كما األجهزة او. الرياح لنفق الثالثة المقاطع بين الفتحات

12

87cm

50 cm

20 cm50 cm

عمل على تم الخشب من والمشتت اإلنكماش مقطعيصنع فقد الفحص مقطع اما ناقص رباعي هرم شكل

الذي سطحه عدا شفاف زجاجي صندوق شكل على: الشكل في الظاهرة واالبعاد بالحجم البالستك من كان

63 cm50 cm

20 cm50 cm

13o 10o

 

   

Table

Wind tunnel

195 cm

Test sectionContraction section Diffusion section

50cm

20 cm

13

قصبات من العسل خاليا عملتعن كبديل البالستيكية العصائر

متوفرة وهي السداسية القصباتطول ذات القصبات لصق وتم اعتيادياً

بحدود 7 وقطر بعضها 0.5سم مع سم . حزم شكل على الصمغ بمادة

مقطع بداية في الحزمة ووضعتالفحص.

14

جمع وربط وتهيئة مكونات نفق الرياح

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

.2. المشتت مقطع نهاية في المروحة تركيب تم

السلك 3. ذو الرياح مقياس جهاز استخدمالساخن.

15

تشغيل نفق الرياح.1. طاقتها باعلى المروحة تشغيل تم

ألخذ. 2 الساخن السلك ذو الرياح قياس جهاز استخداملكل رأسي بشكل الهواء سرعة سم 1قراءات

. مختلفة ولحاالت

سرعة لقياس دقيق ساخن سلك يستخدمالمنطقة الرياح حرارة درجة فوق يُسخن حيث

يبرده. السلك فوق المار الهواء ان المحيطةاصبح كلما اسرع المار الهواء كان وكلما

. درجة على السلك مقاومة وتعتمد ابرد السلكقيمة الى وتترجم الفولتية تتغير لذلك الحرارة

رياح سرعة

16

أخذ القراءات لسرعة الرياح

االرتفاع

) سم)

الهواء سرعةتشغيل مع

الهواء مكيف

الهواء سرعةمكيف بدون) أولى) قراءة

الهواء سرعةمكيف بدون) ثانية) قراءة

سرعة بفتح الهواء

الباب والنوافذ

1 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

على الخارجية التأثيرات لفحص حالتين ضمنها من للقياس حاالت عدة اخذ تمإحداهما: النفق

مباشرة اإلنكماش مقطع الى يدخل هواء تيار يعطي الذي الهواء مكيف تشغيل . والنوافذ الباب فتح حالة واألخرى

17

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)

لكل االرتفاع مع الفحص مقطع داخل الهواء سرعة بين العالقة .1رسمت سم قرب االرتفاع زيادة مع ً نسبيا تتناقص الهواء سرعة ان هي البارزة السمة ان لوحظ

مقياس مجس ادخال فتحة من للهواء تسرب الى يعود قد وهذا العلوي السطحفيسبب األعلى 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

18

أخذ القراءات بدون وجود القصباتبدونهqا، • قياسqات اجراء تqم القصqبات تأثيqر مدى لمعرفqة

بمقدار ً عموما الهواء سqqرعة فqqي زيادة لوحqqظ وقqqد(2m/s )ً دليال يعطqي وهذا السqابقة القراءات مqن اعلqى

طريqق فqي القصqبات هذه تسqببها التqي المقاومqة علqى . كان بqل دقيقqة تكqن لqم القراءات ان علمqا الهواء مجرىالدوامات وجود بسqqبب القياس فqqي كqqبير تذبذب هناك

. القصبات بغياب المرور استطاعت اإلضطرابية

19

قياس سرعة الريح بشكل مستعرض ورأسيقياس عملية اجراء تم

داخل الهواء لسرعةبشكل الفحص مقطع

ورأسي مستعرض . ولم ارتفاعات ولعدةاختالفات هناك تالحظ

سرع في واضحةبشكل الهواء جريان

في كما مستعرض. الرأسي القياس حالة

20

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

21

قياس سرعة الهواء بالغاء مقطع االنكماش تأثير • لبيان محاولة في

من األنكماش مقطعمتوازي عمل تم عدمه

المقوى الورق من اضالعالجانبين من مفتوح

مقطع داخل وادخالهواخذت اإلنكماش

الهواء لسرعة قراءات. السابقة الطرق بنفس

22

قياس سرعة الهواء بالغاء مقطع االنكماش

سرعة من يقلل اإلنكماش مقطع غياب ان أظهرت التجربة . االنكماش مقطع بوجود االحمر الخط المحصلة الجريان

. بدونها االزرق والخط

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)

23

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

كان بحيث الفحص مقطع منتصف في الخشب من قطعqة وضعqتهو 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)

واالرتفاع • السرعة بين العالقة . المجاور الشكل في كما كانتسرعة في الزيادة ان ويالحظ qفي سريع بمعدل كانت الهواء

تسببت qثم العائق ارتفاع نطاقفوق الهواء خلط بعملية الدوامات

qفي ثبوت هناك فكان qالعائقبسبب تناقص يتبعه الهواء سرعة

. العلوي السطح مع االحتكاكامكانية • تقترح التجربة وهذه

دراسة qفي الرياح نفق استخداموسرعة السطحية الخشونة طول. السطوح أنواع لمختلف االحتكاك

24

إظهار صورة نمط الجريانالدخان • استخدام تم الجريان نمط صورة إظهار لغرض

انسqqqياب لمشاهدة البخور اعواد مqqqن بعدد المتولqqqدفqqqي. وخاصqqqة ومفيدة جيدة طريقqqqة وهqqqي الجريانعلqى الهواء تأثيqر مثqل والهندسqية العلميqة التطqبيقاتبالنسqqبة الرفqqع وقوة بالرياح الطاقqqة وتوليqqد األبنيqqة

. وغيرها السيارات على السحب وقوى للطائرات

25

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

. السرعة تغيير لغرض المروحة

ثابت • ارتفاع عند الفولتية تغيير مع الهواء لسرعة قراءات اخذ تماإلدخال� cm 10وهو فولتية

) فولت)عند الهواء سرعة

cm 10ارتفاع الحجم�ي الجريان معدل�

(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

26

• . الفائدة ان الفولتية زيادة مqع تزداد السqرعة ان القياسqات أظهرتمعايرة إمكانية فqي تتمثqل هنqا عليهqا الحصqول يمكqن calibrationالتqي

. الهواء وسqرعة الفولتيqة بيqن العالقqة تدريqج فعنqد الرياح قياس أجهزةاسqتخدام بدون الفحqص مقطqع داخqل الجريان سqرعة ضبqط يمكqن

. المعايرة في المخطط استخدام يمكن qوبذلك رياح مقياسالحجمqqي • الجqريان معدل حسqqاب ً ايضا وهqqو Volume flow rateتqqم

مهqم باراميتqر وهqو الفحqص مقطqع بمسqاحة السqرعة ضرب حاصqل. التطبيقات بعض في

80 100 120 140 160 180 200 220012345678

Air Speed

Input Voltage (volts)

Air S

peed

(m/s

)

27

حسابات سرع رياح باستخدام قاعدة بيرنولي وعدد ماخبيرنولqي قاعدة اسqتخدام . Bernoulli’s Principle يمكqن غيqر الهواء اعتqبر اذا اال تطبqق ال القاعدة وهذه المشتت فتحqة نهايqة عنqد الهواء سqرعة لحسqاب

ماخ. عدد كان اذا من M إنضغاطي النفق 0.3اقل لهذا كذلك وهو إنضغاطي، غير الهواء فيعتبر :

سرعة ) فرض على بيرنولي معادلة خالل من المشتت خارج الجريان سرعة :7m/sولحساب على نحصل الفحص، مقطع داخل في

كانت والتي سبق فيما قسناها التي القيمة الى مقاربة القيمة .m/s 1.5وهذه• 

األستنتاجات.1 . االخqذ تqم لقqد المحاددة والطبقات باالضطراب الخاصqة المختبريqة التجارب ألجراء النفqق يصqلح

. وبسهولة المستقبل في عليه تحوير اي اجراء قابلية االعتبار بنظرالqى 2. ً احيانا تصqل رياح سqرعة علqى الحصqول السqرع 12تqم الqى مقاربqة سqرعة وهqي بالثانيqة متqر

. الجو في االعتيqاديةتسqريب 3. الqى يرجqع ربمqا وذلqك االرتفاع مqع ً نسqبيا تتباطqأ الفحqص مقطqع خالل الهواء جريان سqرعة

السqطح قرب التباطqؤ تسqبب التqي الدوامات بعqض حصqول ربمqا او الفحqص مقطqع داخqل مqن للهواء . الفحص ومقطع االنكماش مقطع بين التام االنطباق عدم من ناتجة الدوامات وهذه العلوي،

.4 ) التذبذبات ) مqن وخاليqة عاليqة ثبوتيqة ذات كانqت العسqل خاليqا القصqبات بوجود المحصqلة القراءات. الصفائحي الجريان يؤكد وهذا

.5. المقاومة لتqناقص السرعة تزداد حيqن في القصبات الغاء عند اضطرابي يصبح الجريان

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

.7. المقطع هذا وجود ضرورة يؤكد مما الهواء سرعة تناقص لوحظ االنكماش مقطع الغاء عندبدون. 10 الفحqص مقطqع داخqل الهواء سqرعة ضبqط الهواء وسqرعة الفولتيqة بيqن العالقqة بتدريqج يمكqن

تحتاج التqي الرياح قياس اجهزة معايرة فqي المخطط اسqتخدام يمكqن بحيqث رياح مقيqاس اسqتخدام . ضبط او معايرة اعادة الى

الهواء. 11 سqرعة وقياس النqفqق فqي الهواء انضغاطيqة عدم ألثبات بيqرنولqي وقاعدة ماخ عدد اسqتqخدامالqqى مسqqاوي ماخ عدد كان حيqqث المشتqqت المقطqqع نهايqqة نهايqqة 0.02فqqي عنqqد الهواء وسqqرعة

الى مساوية ً )m/s 1.38المشتت عمليا المقاسة القيمة من قريبqة هي (.m/s 1.5والتي

29

المقترحات

الباراميترات 1. كافqة وحسqاب السqرع وتغييqر الرياح نفqق تطويqر. الوقت لضيق حسابها يتم لم التي

.2. الرياح نفق من المغلق النوع عمل محاولة

البحوث 3. اجراء مجال ضمqqqqqن المعمول الرياح نفqqqqqق اعتماد. األولية للدراسات المختبرات تجارب ضمن وكذلك

30

لكم شكراً