Visualización de flujo - Flow visualization

Un modelo de Cessna con burbujas llenas de helio que muestra las líneas de trayectoria de los vórtices de la punta de las alas .

La visualización de flujo o visualización de flujo en dinámica de fluidos se utiliza para hacer visibles los patrones de flujo , con el fin de obtener información cualitativa o cuantitativa sobre ellos.

Visión general

La visualización de flujo es el arte de hacer visibles los patrones de flujo. La mayoría de los fluidos (aire, agua, etc.) son transparentes , por lo que sus patrones de flujo son invisibles a simple vista sin métodos para hacerlos visibles.

Históricamente, estos métodos incluían métodos experimentales. Con el desarrollo de modelos informáticos y CFD que simulan procesos de flujo (por ejemplo, la distribución de aire acondicionado en un automóvil nuevo), se han desarrollado métodos puramente computacionales.

Métodos de visualización

Gráfico de sombras de la turbulenta columna de aire caliente que se eleva desde una parrilla de gas casera. Fotografía de Gary S. Settles, Floviz Inc.

En la dinámica de fluidos experimental , los flujos se visualizan mediante tres métodos:

  • Visualización de flujo de superficie: esto revela las líneas de flujo de flujo en el límite a medida que se acerca a una superficie sólida. El aceite coloreado aplicado a la superficie de un modelo de túnel de viento proporciona un ejemplo (el aceite responde al esfuerzo cortante de la superficie y forma un patrón).
  • Métodos de rastreo de partículas: se pueden agregar partículas, como humo o microesferas , a un flujo para rastrear el movimiento del fluido. Podemos iluminar las partículas con una hoja de luz láser para visualizar un corte de un patrón de flujo de fluido complicado. Suponiendo que las partículas sigan fielmente las líneas de corriente del flujo, no solo podemos visualizar el flujo, sino también medir su velocidad utilizando los métodos de velocimetría de imagen de partículas o velocimetría de seguimiento de partículas . Las partículas con densidades que coinciden con las del flujo de fluido exhibirán la visualización más precisa.
  • Métodos ópticos: algunos flujos revelan sus patrones mediante cambios en su índice de refracción óptica . Estos se visualizan mediante métodos ópticos conocidos como gráficos de sombras , fotografía schlieren e interferometría . Más directamente, se pueden agregar tintes a los flujos (generalmente líquidos) para medir las concentraciones; típicamente empleando técnicas de atenuación de luz o fluorescencia inducida por láser .

En la visualización científica, los flujos se visualizan con dos métodos principales:

  • Métodos analíticos que analizan un flujo determinado y muestran propiedades como líneas de flujo, líneas de trazo y líneas de ruta . El flujo puede darse en una representación finita o como una función suave.
  • Métodos de advección de texturas que "doblan" texturas (o imágenes) según el flujo. Como la imagen es siempre finita (el flujo a través podría darse como una función suave), estos métodos visualizarán aproximaciones del flujo real.

Solicitud

En la dinámica de fluidos computacional, la solución numérica de las ecuaciones que gobiernan puede producir todas las propiedades de los fluidos en el espacio y el tiempo. Esta abrumadora cantidad de información debe mostrarse de forma significativa. Por lo tanto, la visualización del flujo es igualmente importante en dinámica de fluidos computacional como experimental.

Ver también

Referencias

  • Merzkirch, W. (1987). Visualización de flujo . Nueva York: Academic Press. ISBN 0-12-491351-2.
  • Van Dyke, M. (1982). Un álbum de movimiento fluido . Stanford, CA: Parabolic Press. ISBN 0-915760-03-7.
  • Samimy, M .; Breuer, KS; Leal, LG; Steen, PH (2004). Una galería de movimiento fluido . Prensa de la Universidad de Cambridge. ISBN 0-521-82773-6.
  • Se instala, GS (2001). Técnicas de Schlieren y shadowgraph: Visualización de fenómenos en medios transparentes . Berlín: Springer-Verlag. ISBN 3-540-66155-7.
  • Smits, AJ; Lim, TT (2000). Visualización de flujo: técnicas y ejemplos . Prensa del Imperial College. ISBN 1-86094-193-1.

enlaces externos