La dinámica de estelas generada por un cuerpo sumergido en una corriente de fluido es un problema clásico en dinámica de fluidos que se investiga a través de metodologías numéricas y experimentales [1,2]. En el siguiente trabajo, se presentan resultados experimentales del uso de burbujas de hidrógeno como elemento trazador para la aplicación de algoritmo PIV (particle image velocimetry) con el objeto de medir el campo de velocidades en la estela de un cuerpo sumergido en una corriente de fluido, pudiendo identificar de forma cuantitativa características propias de la interacción entre el cuerpo y el fluido.
El experimento fue diseñado bajo el concepto de “towing tank” [3,4] donde el cuerpo sumergido es introducido a un estanque con agua en reposo y movido desde un carro con desplazamiento lineal. El elemento trazador para la visualización del movimiento del fluido es obtenido a través del proceso de electrólisis cuyas burbujas de hidrógeno son formadas en el terminal catódico y posicionado aguas arriba del cuerpo. Este electrodo consiste en un alambre de platino con diámetro de dw = 30 μm el cual produce burbujas con tamaños del orden de r = dw/2 [5], mientras el terminal anódico es posicionado fuera de la zona de medición usando una barra de grafito. Se aplica una diferencia de potencial de 3 – 5 V entre los terminales para asegurar una condición estable de burbujas. Se utiliza una cámara óptica (Sony IMX477) conectada a una placa Raspberry para registrar imágenes a una razón de muestreo de 30 FPS, este sensor junto con el electrodo y el cuerpo son posicionados en el carro de arrastre cuyo movimiento lineal es activado a través de una tarjeta electrónica Arduino. La perturbación del flujo es realizada a través de un cuerpo sumergido en un régimen de Reynolds (Re) menor a 200 para identificar la dinámica de la calle de Bérnard von Kármán (BvK) en condición laminar.
El procesamiento de imágenes se realiza a través de un algoritmo PIV de MATLAB (PIVLab) [6], comparando los resultados con el uso de un trazador de partículas neutralmente boyante (Sphericel 11P8) y logrando un comportamiento coherente para rangos de Re > 40, ya qu bajo este valor la velocidad vertical de la burbuja es significativa, por lo que no se puede asegurar una precisión en los resultados del algoritmo.
Referencias
K. Zhao, P. Okolo, E. Neri, P. Chen, J. Kennedy, and G. J. Bennett, Progress in Aerospace Sciences 112, 100589 (2020).
F. O. Thomas, A. Kozlov, and T. C. Corke, Collection of Technical Papers – 11th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference 4, 2648 (2005).
F. D. Gregorio and A. Ragni, Wake vortex characterisation in towing tank facilities using piv technique (2003).
L. Gui, J. Longo, and F. Stern, Towing tank piv measurement system, data and uncertainty assessment for dtmb model 5512.
M. G. el Hak, Experiments in Fluids 5, 289 (1987).
M. Raffel, C. E. Willert, F. Scarano, C. J. Kahler, S. T. Wereley, and J. Kompenhans, Particle image velocimetry a practical guide third edition.
