یک آزمایش روی ضریب دراگ استوانه‌های مدور برای بررسی طوفان کاگوشیمای ژاپن اجرا شد. یک دستگاه ساده اندازه‌گیی ضریب دراگ که قابلیت چرخش نیز دارد به صورت عمودی در یک فضای باز در برابر جریان متوسط باد قرار می‌گیرد. استفاده از این وسیله به ما در اندازه‌گیری ضریب دراگ (cd) استوانه‌های مدور کمک می‌کند.
نتایج نشان می‌دهند که مقادیر ضریب دراگ (cd) سیلندرها در جریان با توربولانس بالای جو، تقریباً با آزمایشات جریان آرام داخل تونل باد برابر است. این مطالب بر این موضوع دلالت دارد که نیروی دراگ سیلندر در جریان توربولانس با مقیاس بزرگ
(Large – scale) نزدیک به مقادیر جریان آرام است.
مقدمه
خصوصیات آیرودینامیکی bluff bodies در جریان توربولانس جو یکی از مهمترین موضوعات در مهندسی باد است و به طور ممتد در مراکز علمی و تحقیقاتی مطالعه می‌شود. به منظور محاسبه و پیش‌بینی خصوصیات آیرودینامیکی bluff bodies، تست‌های تونل باد با جریان آرام و یکنواخت در بسیاری موارد اجرا می‌شود. سپس، اگر لازم باشد جریان توربولانس بر آیرودینامیک bluff bodies تحقیق و بررسی شود. اختلاف بین نتایج جریان آرام و جریانهای گوناگون توربولانس بررسی می‌شود و خصوصیات آیرودینامیکی bluff bodies در جریان توربولانس جو محاسبه و پیش‌بینی می‌شود. ما یک سری مطالعات تجربی برای بررسی اثرات توربولانس روی جریان متوسط پشت bluff bodiesهای دو بعدی و سه‌بعدی انجام دادیم. نتایج ذیل با تأکید روی اثرات مقیاس توربولانس به خوبی شدت توربولانس نتیجه‌گیری شده‌اند. جریان نزدیک‌گردابه پشت یک bluff body بوسیله دو پدیده اصلی جریان حاکم است: جدایی جریان و گردابه. اگر یکی یا هر دوی این دو پدیده در ورود آشفتگی در حوزه جریان تأثیر‌گذار باشند، هر پارامتر جریان مربوط به گردابه شاید موضوع مهم تغییرات باشد. مقیاس های طولی وابسته به این دو پدیده، ضخامت لایه برشی و فاصله بین دو لایه برشی جدا شده یا به طور ساده‌تر، اندازه جسم است.
بنابراین توربولانس می‌تواند بر جریان نزدیک گردابه به اثر بگذارد اگر طول مقیاس آن با دو طول مقایس دیگر قابل مقایسه باشد. برعکس توربولانس کنترل زیادی روی جریان نزدیک گردابه ندارد اگر مقیاس طولی آن با دو طول مقیاس دیگر متفاوت باشد. بدین دلیل تأثیر توربولانس نزدیک جریان گردابه می‌تواند قابل صرفنظر باشد موقعیکه مقیاس طولی توربولانس بزرگتر از مقیاس طول جسم باشد. در جریان توربولانس جو، نسبت مقیاس طولی توربولانس Lx/d عموماً خیلی بزرگ است که Lx مقیاس بعد طول توربولانس و d خصوصیات طولی bluff body است. ما پیش‌بینی می‌کنیم که تأثیر توروبولانس جو روی یک bluff body قابل صرفنظر کردن باشد. برای اثبات این فرضیه یک سری مطالعات تجربی انجام شد تا ضریب دراگ سیلندرهای مدور در جریان توربولانس جو اندازه‌گیری شود.
2. وسیله اندازه‌گیر دراگ و روش مطالعه تجربی
ما یک محیط باز در جنوب ژاپن برای مشاهدات خود در نظر گرفتیم. ما بدلیل تجربیات گذشته طوفان در این منطقه انتظار بادهای شدید را داشتیم. هیچگونه ساختمان‌ها و خانه‌های بلند که تأثیری بر جریان اطراف سیلندرها بگذارد و جود نداشت. ما یک برج برای اندازه‌گیری دراگ سیلندرهای مدور ساختیم که در شکل 1 دیده می‌شود. برج شامل یک پایه با چهار دکل 9 متری و قاب اندازه‌گیری به ابعاد 6.5 متر ارتفاع و 2.2 متر عرض است. هشت استوانه با طول 1.6 متر و قطرهای متفاوت 90, 30, 23 میلیمتر به طور افقی در داخل قاب اندازه‌گیری قرار گرفته‌اند. برای اجتناب از هر آشفتگی سه بعدی بزرگ بوسیله قاب اندازه‌گیری، صفحه‌های مدور به انتهای سیلندرها متصل شده‌اند. قطر صفحه‌های انتهایی برای سیلندرها با قطرهای 90, 30, 23 میلمیمتر بترتیب 50, 32, 32 سانتیمتر است. سطوح سیلندرها صاف یا یکی از سه درجه زبری در قالب شیارهای مدور است. قاب اندازه‌گیری طوری طراحی شده‌است که به طور اتوماتیک حول محور عمومی خود می‌چرخد به منظور اینکه سیلندرها همیشه در مسیر باد قرار داشته‌باشند. دراگ روی هر سیلندر بوسیله دو load cell که در دو انتهای هر سیلندر قرار گرفته‌است اندازه‌گیره می‌شود. خروجی هر سیلندر به یک تقویت‌کننده کرنش فرستاده می‌شود. برای اندازه‌گیری سرعت باد (U)، دو بادسنج در بالا و پائین قاب اندازه‌گیری تعبیه شده‌است. مسیر باد بوسیله یک پره بادنما که در بالای قاب قرار گرفته‌است کنترل می‌شود.