Galleria del vento

Il laboratorio Newton ha recentemente completato l’installazione di una galleria del vento di tipo subsonico da 280kWatt.
Si tratta di una galleria del vento di tipo Gottingen a ciclo chiuso disegnata per essere utilizzata sia a camera di prova aperta che chiusa a seconda degli specifici programmi di prova.

La potenza elettrica necessaria viene prodotta mediante un generatore integrato nella struttura.

 Galleria del vento  Galleria del vento  Galleria del vento

Galleria del vento Galleria del vento Galleria del vento

Galleria del vento Specifiche tecniche

Generale

Galleria a ciclo chiuso (tipo Gottingen)
Dimensioni: lunghezza 27m, larghezza 4,5 m, altezza 8m
Percorso dell’aria lungo la linea centrale: 56m
Materiale di costruzione: acciaio
Potenza totale disponibile: 280 kWatt

Sezione di prova

Sezione A: 1,25mX1,25m, 1,6mq, velocità max 280 kmh, rapporto contrazione 10,2
Sezione B: 1,5mX1,5m, 2,3mq, velocità max 190 kmh, rapporto contrazione 7,1
Sezione C: 1,9mX1,9m, 3,6mq, velocità max 125 kmh, rapporto contrazione 4,4

Camera di prova

Camera di prova aperta oppure chiusa parzializzabile con paratie laterali a distanza variabile
(max 30% aperta)
Schermi: n. 1 honeycomb + 2 schermi di tubolenza

Ventole                                                                           

n. 4 ventole del diametro 1250mm ciascuna
Potenza complessiva ventole 210 kWatt

Strumentazione

Bilancia a 6 componenti (n. 3 celle di carico + n. 3 misuratori di coppia)
Misuratori di pressione: n. 20 ingressi disponibili
Acustica: n. 4 microfoni

Stazione di controllo, acquisizione ed elaborazione dati

Calcolatori: n. 2 + sistema operativo Windows
Programmi: programma di controllo galleria AD Engineering (BG-IT), programma acquisizione ed elaborazione dati Newton S.r.l.

Galleria del vento Sezioni di prova

La galleria del vento è stata progettata per consentire una agevole sostituzione degli elementi convergente e divergente garantendo al momento tre possibili sezioni di prova della lunghezza di 5m.

Sezione di prova

Velocità massima

Rapporto di contrazione

Rapporto lunghezza – diametro idraulico

1,25mx1,25m - A=1,6mq

280 kmh

10,2

4

1,5mx1,5m - A=2,3mq

190 kmh

7,1

3,3

1,9mx1,9m - A=3,6mq

125 kmh

4,4

2,6

Galleria del vento Galleria del vento Galleria del vento

Galleria del vento Galleria del vento Galleria del vento

Galleria del vento Dimensioni dei campioni

Lo studio dei parametri che caratterizzano la prestazione di un veicolo, motociclo, casco,  sistema di raffreddamento di un motore o di un apparato frenante, le misurazioni acustiche del rumore indotto possono essere completate sia su modelli in dimensione reale che in scala.
L’utilizzo della galleria del vento nella configurazione a camera di prova aperta consente l’esecuzione di prova su oggetti di dimensioni tali da non essere provati nella camera chiusa. Si tatta in generale di elementi aventi un elevato bloccaggio, ovvero elevato rapporto tra area frontale e sezione di prova.

Una volta che si sia verificato che le linee di flusso possano chiudersi dopo il campione in prova ed entrare nella sezione del divergente a titolo indicativo con la sezione aperta possono essere provati oggetti aventi la dimensione principale fino a 0,8 il lato della sezione.

Nel caso di esperimenti con degli oggetti di dimensioni rilevanti duranti i quali il modello venga mantenuto fermo e la velocità massima sia sotto 0,3 Mach (350 kmh), è possibile applicare la teoria della similitudine e lavorare su modelli in scala.
A parità di numero di Reynolds il campione reale e il modello in scala possono essere considerati dinamicamente simili: le componenti adimensionali per la velocità del flusso, i coefficienti di pressione, la densità, le forze e i momenti saranno i medesimi.

Galleria del vento Galleria del vento Galleria del vento

Galleria del vento Realizzazione di modelli

Su richiesta è possibile seguire la realizzazione di modelli di prova dall’elaborazione CAD del disegno fino alla prototipazione a controllo numerico.

Galleria del vento Galleria del vento Galleria del vento

Galleria del vento Misurazioni sul modello

Forze e momenti torcenti

Attualmente le forze e i momenti torcenti per calcolare le forze aerodinamiche sono acquisiti per mezzo di 3 celle di carico e 3 misuratori di coppia.
Per quanto concerne le prove che vengono condotte sui caschi, questo sistema di trasduttori è stato integrato all’interno della testa di prova.

Galleria del vento Galleria del vento Galleria del vento Galleria del vento

Campo di pressione

Attualmente è possibile acquisire fino a 18 valori di pressione locale: con il sistema in uso il modello deve essere preparato per poter ospitare dei piccoli tubi, 2mm di diametro, che vengono collegati ai sensori di pressione.

Visualizzazione dei flussi

La visualizzazione dei flussi di aria consente di studiare i punti di stagnazione, le linee di separazione e il confine di transizione tra strato laminare e turbolento.

In Newton utilizziamo un generatore di fumo e i fili di lana che leggeri e flessibili si orientano concordemente alla risultante delle forze aerodinamiche.

Galleria del vento Galleria del vento Galleria del vento

Galleria del vento Termodinamica

Abbiamo realizzato una nuova testa di prova ricoperta di sensori di temperatura.

Questa testa di prova viene utilizzata per misurare l’effetto della ventilazione all’interno di un casco.

Il software, interamente sviluppato da Newton, consente di visualizzare il modello tridimensionale della testa e rappresenta con una mappa di colore le diverse temperature della testa.

All’inizio della prova la testa, inizialmente riscaldata, appare di colore rosso, quindi, grazie all’efficacia delle prese d’aria e degli estrattori vengono a manifestarsi aree di colore diverso in virtù della differente temperatura.

Con la stessa modalità è possibile applicare fino a 32 sensori di temperatura sul corpo di atleti che eseguono attività all’interno della galleria del vento. Lo stesso può avvenire anche su manichini di prova consentendo lo studio della prestazione termica degli indumenti sportivi.

Galleria del vento Galleria del vento

Galleria del vento Acustica

La testa di prova utilizzata per le prove di aerodinamica monta due microfoni in corrispondenza al meato uditivo.

La strumentazione consente di analizzare il rumore indotto dal flusso d’aria sulla superficie del casco e dalla eventuale turbolenza indotta. La misurazione si articola attraverso la determinazione del livello sonoro (dBA), l’analisi d’ottava e in frequenza.

Galleria del vento Livello di turbolenza

Le variazioni della qualità del flusso tra diverse gallerie del vento possono indurre delle differenze significative di risultati ottenuti su modelli anche a medesimo numero di Reynolds.
Nel caso di gallerie del vento con eccessiva turbolenza i modelli allo studio possono manifestare una prematura transizione da flusso laminare a turbolento.
Uno dei parametri che possono caratterizzare la qualità di un flusso in galleria del vento è il livello di turbolenza.
Per il calcolo dell’indice di turbolenza si possono utilizzare le sfere di turbolenza per le quali si conosce la variazione del coefficiente di drag in relazione al numero di Reynolds.
Il valore critico per il numero di Reynolds viene definito in corrispondenza alla rapida diminuzione del coefficiente di drag al crescere del numero di Reynolds: più precisamente è il valore di Reynolds in corrispondenza di un coefficiente 0,3.
Un altro modo utilizzato per il calcolo dell’indice di turbolenza è mediante l’utilizzo di 4 prese di pressione sul retro della sfera e il calcolo della pressione di stagnazione alla superficie frontale.
Il fattore di turbolenza calcolato per la galleria del vento di Newton con sfera da 5,5” vale 1,02. Questo risultato indica che la galleria del vento di Newton ha una eccellente qualità di flusso con valori di turbolenza sotto 0,2%.

Galleria del vento Galleria del vento

Galleria del vento Software e controlli

Tutto il controllo del funzionamento della galleria del vento è completamente separato dalla attività di acquisizione ed elaborazione dati.
Vengono utilizzati due calcolatori: il primo consente il controllo della velocità del vento, di tutte le procedure di sicurezza e dell’apertura di eventuali accessi per lo scambio dell’aria. Il secondo calcolatore è dedicato all’acquisizione e elaborazione dati (fino a 32 canali dati ingresso + 4 canali di dati acustici).

Il software può essere personalizzato per degli utilizzi specifici.

Galleria del vento

Galleria del vento Riferimenti

Low-Speed Wind Tunnel Testing di Jewel B. Barlow, William H. Rae, Alan Pope
Prove di prestazione aerodinamica in galleria del vento normalizzata (procedura di prova interna Newton n. MPI-MWT-01)