Theoretical and experimental studies of confined vortex flow

Authors


Abstract

A study of the air flow characteristics is reported for a vortex chamber 122 cm in diameter consisting of an upper cylindrical section 61 cm high and of a lower conical section 108 cm high. Measurements were made with a five-channel pressure probe of the radial profiles of tangential and axial velocities, with varying inlet air velocity and axial distance from the top of the chamber. Measurements of the static pressure profiles were made simultaneously. Finally, the angle of flow of the air entering through the single tangential inlet could be adjusted, and its effects on the flow recorded.

From these results and from a theoretical analysis, generalized expressions for the tangential velocity profiles were obtained for the two regions of flow, forced-vortex and quasi-free vortex, which prevail in a confined vortex chamber, as a function of the entrance air velocity and of the radius at the point considered only. The angle of entering air was found to have no effect on the tangential velocity and only a minor effect on the static pressure distribution. The outlet diameter of the chamber was found to have a large effect on the profile of the axial velocities, reflecting the influence of the chamber static pressure on the later.

Abstract

On présente une étude des caractéristiques de l'écoulement de l'air dans une chambre à vortex de 122 cm de diamètre qui consiste en une section supérieure conique de 61 cm de hauteur, et une section conique inférieure de 108 cm de haut. A l'aide d'un senseur de pression à cinq canaux, on a effectué des mesures des profils radiaux de vitesses tangentielle et axiale, en fonction de la vitesse d'entrée de l'air et de la distance sur l'axe à partir du sommet de la chambre. Simultanément on a effectué les mesures des profils de pression statique. Finalement l'angle de l'écoulement de l'air alimenté par une entrée tangentielle, était ajustable et on a enregistré ses effects sur l'écoulement.

A partir de ces résultats et d'une analyse théorique, des expressions générales ont été obtenues pour les profils de vitesse tangentielle dans le cas des deux régimes d'écoulement à vortex forcé et à vortex semi-libre dans une chambre confinée, en fonction seulement de la vitesse d'entrée de l'air et du rayon au point considéré. Il a été trouvé que l'angle d'entrée de l'air n'avait pas d'effet sur la vitesse tangentielle et n'avait qu'un effet mineur sur la distribution de la pression statique. Il a été trouvé par contre que le diamètre de sortie de la chambre avait un effet important sur le profil des vitesses axiales, ce qui reflète l'influence de ce dernier sur la pression statique dans la chambre.

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