Analisi sperimentale dell'iniezione di un getto in un flusso trasverso in un condotto mediante teniche ottiche ed anemometriche

This job will show the results of an experimental activity suited to identify the characteristics of a jet injected into a cross-flow in a small wind tunnel. The small size of the experimental setup leads the jet to an early interaction with the wall. This influences its free evolution and the mixing process between the two flows. The most important parameters used to describe this phenomenon are the momentum ratio and the Reynolds number: the first one represents the jet penetration rate ranging from 0.99 to 11.84, while the second one characterizes the turbulence level ranging from 366 to 2200. In order to study the evolution and the interaction between the flows, three different kinds of experiments were carried out: Schlieren visualizations, anemometric measurements with hot wire, and LDV system. The Schlieren technique allows to visualize how the jet interacts with the wall of the wind tunnel and how its deflection changes along the cross-flow direction. These pictures were elaborated with a dedicated software developed during this thesis job. It removes the noise from the pictures and identifies the jet with its characteristics. These allows to classify the jet’s evolution in different operative conditions. The anemometric measurements were carried out on the exit section of the wind tunnel with an hot wire probe, and inside the wind tunnel by means of an LDV system. These techniques allows to improve the information achieved on the first step by means of Schlieren visualizations and complete them with quantitative data.

In questo lavoro di tesi verranno mostrati i risultati relativi ad un’attività sperimentale atta a caratterizzare l’interazione tra un getto iniettato in un flusso trasverso, in un dominio di prova fortemente vincolato. Le dimensioni ristrette della camera di prova, porta ad una precoce interazine con le pareti da parte del getto, influenzando l’evoluzione libera del getto e processi di mescolamento tra i due flussi. I parametri principali che caratterizzano questo tipo di fenomeno sono rappresentati dal rapporto dei flussi di quantità di moto (R) tra il getto ed il flusso trasverso, ed il numero di Reynolds. Essi infatti permettono di valutare rispettivamente il grado di penetrazione del getto ed il livello di turbolenza che caratterizza il fenomeno, ed il loro intervallo di variazione è compreso tra 0.99 e 11.84 per quanto riguarda R, mentre il numero di Reynolds è compreso tra 366 e 2200. Al fine di caratterizzare come avvenga l’interazione tra i due flussi in una geometria così piccola, sono state effettuate prima delle visualizzazioni del getto nel momento in cui viene iniettato all’interno del flusso trasverso, e successivamente sono state effettuate delle misure quantitative utilizzando un anemometro a filo caldo e un sistema di misura LDV. Le visualizzazioni del getto sono state effettuate tramite la tecnica Schlieren, la quale ha messo in evidenza come il getto interagisce con le pareti della camera di prova, e di conseguenza come esso venga deflesso lungo la direzione di moto del flusso trasverso. L’analisi di queste immagini è stata effettuata mediante un software sviluppato durante il lavoro di tesi, il quale è stato in grado di elaborare adeguatamente le foto acquisite durante gli esperimenti, per poi individuare il getto e le sue caratteristiche (deflessione e interazione con le pareti). In seguito tutte queste informazioni sono state utilizzate per classificare l’evoluzione del getto al variare delle condizioni operative. Le misure anemometriche sono state condotte in prossimità della sezione d’uscita del condotto con l’ausilio di un anemometro a filo caldo, mentre all’interno del condotto, le misure sono state effettuate con il sistema ottico di misura LDV. Queste due tecniche permettono di valutare più precisamente quanto già osservato con le visualizzazioni Schlieren, permettendo però di mettere in evidenza con maggiore precisione l’interazione tra i due flussi, e di conseguenza anche il loro grado di mescolamento.