Ротор пайда кылган ылдый багытталган аба агымы (downwash), айланып турган пропеллерлер абага ылдый карай импульс берүү аркылуу түзүлүп, айланадагы газ булутунун ташылышын, аралашуусун жана суюлушун өзгөртө ала турган аэродинамикалык агым. Бул изилдөө учкучсуз учуучу аппарат (Unmanned Aerial Vehicle, UAV) менен газ өлчөнгөндө ротордун downwash таасири CO₂ эмиссия булутун сенсорго жеткенге чейин канчалык өзгөртө аларын көзөмөлдөнгөн эксперименттер жана Эсептөөчү Суюктуктар Динамикасы (Computational Fluid Dynamics, CFD) симуляциялары менен изилдейт.

Изилдөөнүн эксперименттик бөлүгүндө чыныгы учуу аткарып, сенсорду өзүндө алып жүргөн UAV колдонулган эмес. CO₂ сенсору жерге жакын туруктуу абалда кармалган; эки пропеллердүү surrogate ротор системасы сенсордун үстүнө ар кандай бийиктиктерде жайгаштырылган. Ошондуктан изилдөөнүн негизги геометриялык өзгөрмөсү чыныгы учуу бийиктиги эмес, ротор менен туруктуу сенсордун ортосундагы тик ажырым аралык. Эксперименттик ротор-сенсор ажырымы 0,5 менен 5,5 m аралыгында өзгөртүлгөн.

Көзөмөлдөнгөн CO₂ булагы катары 1,6 L CRDi дизель кыймылдаткычы бар туруктуу Hyundai i30 жеңил автоунаасы бош жүрүштө иштетилген. Сенсор түтүн чыгаруучу түтүктүн чыгышынан 1 m ылдый агымда жана жерден болжол менен 5 cm бийиктикте туруктуу кармалган. Өлчөөлөр арзан Adafruit Feather M0 WiFi негизиндеги Sensirion SCD41-D-R2 системасы жана коммерциялык IoTSens аба сапаты станциясы менен бир убакта жүргүзүлгөн.

Эксперименттер ротор системасы сенсорго жакындаган сайын өлчөнгөн CO₂ жалпысынан азайганын көрсөткөн. 6500 rpm шартында тандалган бийиктиктерде no-drone эталонуна салыштырмалуу эксперименттик азаюу 0,5 m-де %52,67; 1,5 m-де %41,92; 2,5 m-де %30,70; 3,5 m-де %46,03; 4,5 m-де %26,16 жана 5,5 m-де %0 деп билдирилген. Бул катар толугу менен монотондуу эмес; демек, натыйжаны жөн гана «аралык азайган сайын ар бир кадамда бирдей катышта көбүрөөк азаюу болот» деп түшүндүрүүгө болбойт. Ротор изи менен түтүн газ булутунун геометриялык дал келиши да маанилүү.

CFD бөлүгүндө OpenFOAM v12 ичиндеги multicomponentFluid чечкичи, Ири Куюндарды Симуляциялоо (Large Eddy Simulation, LES), бир теңдемелүү kEqn субтор модели, PIMPLE басым-ылдамдык байланыштыруусу жана пропеллерлер үчүн Multiple Reference Frame (MRF) ыкмасы колдонулган. CO₂ химиялык реакцияга кирбеген пассивдүү ташылуучу түр катары моделденген. CFDнин максаты чыныгы өлчөөлөрдү чекит-чекит кайра чыгаруу эмес, ротор изи түтүн газ булутун кайсы физикалык механизмдер аркылуу суюлтарын түшүндүрүү.

6500 rpm CFD симуляцияларында no-drone сенсор концентрациясы 2406 ppm болгон учурда ротору бар конфигурацияларда 333-1195 ppm аралыгындагы маанилер алынган жана эсептелген азаюулар %50,37 менен %88,53 аралыгында өзгөргөн. CFD экспериментке караганда системалуу түрдө күчтүүрөөк суюлууну болжолдогон. Булак муну туруктуу түтүн кириши, шамалсыз идеалдаштырылган атмосфера, так аныкталган сандык проба жана чыныгы эксперименттеги кыймылдаткыч/атмосфера/сенсор өзгөрмөлүүлүгү сыяктуу айырмачылыктар менен байланыштырат.

Изилдөө ротордун downwash таасири, өзгөчө жакын ротор-газ булуту өз ара аракетинде, өлчөө кыйшаюусун жаратышы мүмкүн экенин көрсөтөт. Бирок изилдөө чыныгы UAV маневрин, алдыга учууну, корпус эңкейишин же белгилүү бир onboard сенсор жайгашуусун түздөн-түз сынаган эмес. Мындан тышкары, ар бир эксперименттик шарт болжол менен 20 мүнөттүк бир гана үзгүлтүксүз өлчөө мезгилинен турган, көз карандысыз эксперименттик кайталоолор жасалган эмес. Ошондуктан натыйжалар белгилүү көзөмөлдөнгөн шарттардагы салыштырма байкоолор катары бааланууга тийиш.

Ар кандай UAV платформаларына, пропеллер диаметрлерине, ротор санына, метеорологиялык шарттарга, газ түрлөрүнө же чыныгы эмиссия өлчөө тапшырмаларына өткөрүүдөн мурда тиешелүү система өзүнчө текшерилиши керек. Изилдөөнүн натыйжалары «сенсор UAV үстүнө ушундай аралыкта коюлса, бардык шартта сөзсүз туура өлчөйт» деген универсалдуу долбоорлоо эрежесин бербейт.

Изилдөөнүн изилдөө маселеси эмнеде?

UAVлер туруктуу аба сапаты станциялары жете албаган бийиктиктерге жана кооптуу же жетүү кыйын аймактарга кире алгандыктан, парник газдарын, агып кетүүлөрдү жана жергиликтүү эмиссияларды мониторингдөө үчүн маанилүү платформа болуп саналат. Бирок UAV өлчөө чекитине сенсорду гана алып барбайт; айланып турган пропеллерлер ошол эле учурда өлчөнүп жаткан атмосфераны физикалык жактан кыймылдатат.

Ошондуктан сенсор окуган CO₂ мааниси эмиссия булагы канча газ чыгарганына гана көз каранды эмес. Ротор изи айланадагы абаны газ булутуна тарта алат, газды ылдый же капталга жылдыра алат, турбуленттик аралашууну күчөтүп, газ булутун сенсорго жеткенге чейин суюлта алат.

Бул жагдай өзгөчө булактын күчүн сандык баалоо керек болгон тапшырмаларда маанилүү. Чыныгы эмиссия аймагындагы CO₂ жогору болсо да, UAVнин өз аэродинамикасы сенсор аймагындагы концентрацияны азайтса, эмиссия күчү чыныгыдан төмөн деп түшүндүрүлүшү мүмкүн.

Ротор Пайда Кылган Downwash CO₂ Өлчөөнү Эмне Үчүн Өзгөртөт?

Ротор downwash CO₂ өлчөөнү үч байланышкан механизм аркылуу өзгөртө алат: ротор изи түтүн газ булутун түздөн-түз кесет, айланадагы таза абаны газ булутуна тартып entrainment жаратат жана турбуленттик аралашууну күчөтүп CO₂ни суюлтат; изилдөөнүн эксперименттери сенсорго жеткен концентрация азайышы мүмкүн экенин, ал эми LES-CFD натыйжалары бул азаюу ротор изи менен газ булутунун ортосундагы аэродинамикалык өз ара аракет менен түшүндүрүлө аларын көрсөтөт.

Downwash, entrainment жана турбуленттик аралашуунун айырмасы

Downwash, пропеллер жараткан ылдый багытталган орточо аба кыймылы. Entrainment, ушул кыймылдын натыйжасында айланадагы CO₂ көлөмү төмөнүрөөк абанын түтүн газ булутуна тартылып кошулушу. Турбуленттик аралашуу болсо ылдамдыгы жана концентрациясы ар башка агым аймактарынын куюндар аркылуу бири-бирине аралашуусу.

Бул үч процесс бири-биринен толук көз карандысыз эмес. Ротор ылдый багытталган импульс жаратат; пайда болгон wake айланадагы абаны өзүнө тартат; wake менен түтүн агымы жолукканда ылдамдык градиенттери жана куюндар газдын мейкиндиктик бөлүштүрүлүшүн өзгөртөт. Натыйжада сенсор турган чекитке жеткен CO₂ көлөмү булак жараткан концентрациядан айырмаланышы мүмкүн.

Эмне үчүн чыныгы UAV ордуна surrogate эки пропеллердүү система колдонулган?

Изилдөөчүлөрдүн максаты учууну башкаруу системасын, корпус маневрин же навигация жүрүм-турумун изилдөө эмес, ротор жараткан аэродинамикалык таасирдин CO₂ газ булутуна тийгизген таасирин көзөмөлдөнгөн жана кайталануучу геометрияда бөлүп кароо болгон. Бул үчүн эки электр кыймылдаткычтан жана эки пропеллерден турган туруктуу система колдонулган.

Булак бул система толук quadrotor аэродинамикасын кайра чыгарбай турганын ачык белгилейт. Ошентсе да пропеллер өлчөмү, айлануу ылдамдыктары, болжолдуу тартуу күчү жана индукцияланган ылдамдык маанилери кичине multirotor айланасындагы downwash деңгээлин көрсөтө тургандай тандалган.

Пропеллер системасы кандай физикалык мүнөздөмөлөргө ээ болгон?

Статикалык тартуу күчүнүн теңдемеси эмнени эсептейт?

Булак пропеллердин тартуу күчүнүн болжолдуу чоңдугун төмөнкү статикалык тартуу күчү катышы менен баалаган:

\[ T=C_T\,\rho\,n^2D^4 \tag{1} \]

Бул жерде \(T\) бир пропеллер жараткан тартуу күчүн, \(C_T\) өлчөмсүз тартуу күчү коэффициентин, \(\rho\) абанын тыгыздыгын, \(n\) секунддагы айлануулардын санын жана \(D\) пропеллердин диаметрин билдирет.

Теңдемеде айлануу ылдамдыгы квадрат, ал эми пропеллер диаметри төртүнчү даража менен кирет. Башка параметрлер туруктуу болгондо \(n\) көбөйүшү тартуу күчүн квадраттык түрдө жогорулатат; диаметрдин таасири болсо математикалык жактан кыйла күчтүү. Бул байланыш бирдей айлануу ылдамдыгы бар ар башка диаметрдеги пропеллерлер бирдей тартуу күчүн чыгарат деп күтүүгө болбой турганын көрсөтөт.

Бирдиктерди текшерүүдө \(\rho\) үчүн kg/m³, \(n^2\) үчүн 1/s² жана \(D^4\) үчүн m⁴ колдонулганда көбөйтүндү kg·m/s², башкача айтканда ньютон берет. Ошентип теңдеме өлчөмдүк жактан тартуу күчүнүн бирдигине туура келет.

Булак салыштырууга боло турган APC slow-flyer пропеллерлери үчүн \(C_T\) мааниси болжол менен 0,10-0,12 аралыгында экенин жана эсептөөлөрдө өкүлчүлүк маани катары \(C_T\approx0{,}11\) колдонулганын билдирет. Натыйжада бир пропеллер үчүн болжолдуу тартуу күчү 6500 rpm-де 3,3 N, 8000 rpm-де 5,0 N жана 10.000 rpm-де 7,8 N деп бааланган.

Индукцияланган ылдамдык теңдемеси эмнени түшүндүрөт?

Ротордун астындагы идеалдаштырылган индукцияланган ылдамдык актуатор диск импульс теориясы менен төмөнкүдөй эсептелген:

\[ v_i=\sqrt{\frac{T}{2\rho A}} \tag{2} \]

Бул жерде \(v_i\) ротордун астындагы индукцияланган ылдамдык, \(T\) тартуу күчү, \(\rho\) абанын тыгыздыгы жана \(A\) пропеллер дискинин аянты. Квадраттык тамыр түзүлүшүнөн улам тартуу күчү төрт эсе көбөйсө, башка шарттар бирдей болгондо индукцияланган ылдамдык эки эсе көбөйөт.

Булак ушул ыкма менен 6500, 8000 жана 10.000 rpm үчүн тиешелүүлүгүнө жараша болжол менен 5,2; 6,3 жана 7,9 m/s индукцияланган ылдамдык эсептеген. Бул сенсордо түздөн-түз өлчөнгөн downwash ылдамдыктары эмес, актуатор диск теориясына негизделген болжолдуу маанилер.

Экспериментте кайсы сенсорлор колдонулган?

Биринчи система Adafruit Feather M0 WiFi-ATSAMD21 тактасынан жана Sensirion SCD41-D-R2 CO₂ сенсорунан турат. SCD41-D-R2 булакта 400-5000 ppm өлчөө диапазону, \(\pm50\) ppm + %2,5 тактык жана \(\pm10\) ppm кайталануучулук маанилери менен сүрөттөлгөн. Система CO₂ менен бирге температураны жана салыштырма нымдуулукту да жазат.

Экинчи система коммерциялык IoTSens Air Quality Monitor. Маанилүү методдук деталь — IoTSens түзмөгү арзан сенсорду калибрлөө үчүн колдонулган эмес. IoTSens көз карандысыз эталон/салыштыруу системасы катары бир убакта өлчөө жүргүзгөн.

Эки системанын аба менен байланышуу формасы бирдей эмес. Feather-SCD41 түздөн-түз айланадагы абага ачык; IoTSens болсо узак мөөнөттүү тышкы колдонууга ылайыкталган коргоочу корпустун ичинде. Булак абсолюттук концентрация айырмаларын чечмелөөдө бул геометриялык жана динамикалык айырма эске алынышы керек экенин белгилейт.

Эксперименттик матрица кандай болгон?

Эксперименттин тартиби ротордун эң жогорку абалынан башталып, ротор сенсорго карай баскычтап түшүрүлүү менен жүргүзүлгөн. Шарттар кокус иретте колдонулган эмес. Булак айлана-чөйрө шарттарынын убакыт боюнча өзгөрүшү, кыймылдаткычтын температурасы жана сенсордун дрейфи толугу менен четтетилбей турганын ачык белгилейт.

Ар бир шарт бир гана жолу жүргүзүлгөн. Ошондуктан «20 мүнөт ичинде көп өлчөө алынды» деген сөз «көп көз карандысыз эксперимент жүргүзүлдү» дегенди билдирбейт.

Жергиликтүү шамал кантип көзөмөлдөндү?

Эксперимент CSIC ITEFI имараттары менен курчалган корголгон автоунаа токтотуучу жайда жүргүзүлгөн. Жакын жердеги мамлекеттик метеорология станциясы эртең менен болжол менен 4-8 km/саат, түштөн кийин болжол менен 9-14 km/саат шамал жана кечирээк убакта 20-25 km/саатка чейин жеткен мезгил-мезгили менен болгон шамалды билдирген. Бирок бул станция эксперимент чекитинен болжол менен 2,5 km алыста.

Жергиликтүү шамал ылдамдыгы жана турбуленттүүлүктүн интенсивдүүлүгү эксперимент аймагында үзгүлтүксүз өлчөнгөн эмес. Ошондуктан аймактык метеорологиялык маалыматтар көрсөткүч катары гана каралат. Имараттар чыныгы эксперимент чекитиндеги агымды алсыраткан же багытын өзгөрткөн болушу мүмкүн.

Убакыт катарынын маалыматтары кантип иштетилди?

IoTSens маалыматтары LoRaWAN аркылуу, Feather маалыматтары Wi-Fi аркылуу ThingSpeak булут платформасында сакталган. Эксперимент шарттарынын ортосундагы ротор бийиктиги жана ылдамдык өтүүлөрү, жабдууну көзөмөлдөө мезгилдери жана өткөөл абалдар анализден чыгарылган.

Ар бир шарт өзгөргөндө алгачкы 20 жазуу, болжол менен 150 секунд, сенсорлорду калдык концентрациядан тазалоо жана өткөөл каныгуу/туруктануу таасирлерин азайтуу максатында анализден чыгарылган.

Кезектешкен убакыт үлгүлөрү бири-биринен көз карандысыз болбогондуктан жана temporal autocorrelation көрсөтүшү мүмкүн болгондуктан, изилдөөчүлөр ар бир өлчөөнү көз карандысыз эксперименттик кайталоо деп эсептеген эмес. Анын ордуна туруктуу бөлүк үчүн орточо, медиана, квартилдер аралык диапазон жана максимум сыяктуу жыйынтык статистикалар бааланган.

Эксперименттик CO₂ натыйжалары эмнени көрсөттү?

No-drone шартында бош жүрүштө иштеген автоунаа менен сенсордо өлчөнгөн CO₂ болжол менен 1190-1720 ppm аралыгында өзгөргөн. Фондук атмосфералык CO₂ болсо болжол менен 440 ppm деп билдирилген.

6500 rpm-де 5,5 m ротор-сенсор ажырымында өлчөнгөн 1400-1700 ppm диапазону no-drone абалына жакын бойдон калган. Ротор жакындаган сайын сенсордо өлчөнгөн концентрация жалпысынан азайган.

Бул диапазондор ар кандай иштөө шарттарындагы чыныгы убакыт катарларынын болжолдуу жыйынтыктары. Чийки убакыт үлгүлөрү макалада таблица түрүндө берилбегендиктен, Verianla алардан жаңы убакыт катары же статистика түзбөйт.

Feather жана IoTSens бирдей маанилерди өлчөдүбү?

Жок. Эки система жалпы тенденцияны бир багытта кармаганына карабастан, абсолюттук CO₂ маанилери ар башка.

Булак ошондой эле бардык өлчөөлөр боюнча Feather үчүн орточо 824 ppm, IoTSens үчүн 622 ppm берет. Бул айырма сенсордун intrinsic иштөөсүнөн гана келип чыкканы көрсөтүлгөн эмес. Feather сенсору түздөн-түз абага ачык, ал эми IoTSens коргоочу корпустун ичинде болгондуктан, кыска мөөнөттүү концентрация чокулары жана сенсордун жооп динамикасы эки системада ар башка болушу мүмкүн.

Булактын ичиндеги сандык эскертүү: Текст 824 жана 622 ppm орточо маанилери үчүн болжол менен %25 айырма деген сөздү колдонот. Бирок 3-таблицадагы башка пайыздык айырмалар IoTSens мааниси бөлүүчү катары алынып эсептелген. Ушул эле ыкма орточо мааниге колдонулса, болжол менен %32,5 алынат. Булак бул сүйлөмдө колдонулган бөлүүчүнү түшүндүрбөгөндүктөн, Verianla талаштуу пайызды кайра чыгарбай, чийки орточо маанилерди гана берет.

CFD эмне үчүн керек болгон?

Экспериментте сенсор белгилүү бир чекиттеги CO₂ концентрациясын гана өлчөйт. Бул өлчөө газ булуту үч өлчөмдө кайдан кайда ташылганын, ротор wake кайсы аймакта күчтүү экенин же айланадагы аба газ булутуна кантип тартыларын өз алдынча көрсөтпөйт.

Ошондуктан CFD эксперименттин ордуна эмес, экспериментте түздөн-түз көрүнбөгөн агым талаасын түшүндүрүү үчүн колдонулган. Модель CO₂ бөлүштүрүлүшүн, ылдамдык талаасын, ротор wake, борбордук сызык профилдерин жана сенсор жайгашкан жердеги сандык проба маанилерин бирге баалайт.

CFDде кайсы чечкич колдонулган?

Симуляциялар OpenFOAM v12 ичинде multicomponentFluid чечкичи менен жүргүзүлгөн. Бул чектүү көлөмгө негизделген чечкич кысылуучу, көп компоненттүү газ аралашмасынын ташылышын эсептейт.

Моделде эки ташылуучу компонент бар: атмосфералык аба жана CO₂. Күйүү, химиялык реакция же моделдин ичинде жаңы CO₂ өндүрүлүшү жок. CO₂ адвекция, диффузия жана турбуленттик аралашуу аркылуу гана ташылат.

LES деген эмне?

Large Eddy Simulation (LES), турбуленттик агымдагы чоң жана энергия ташуучу куюндар түздөн-түз чечилип, эсептөө торунан кичине турбуленттүүлүк масштабдары субтор модели менен көрсөтүлүүчү CFD ыкмасы.

Бул изилдөөдө субтор масштабдары үчүн бир теңдемелүү kEqn модели колдонулган. Модель чечилбеген турбуленттик кинетикалык энергия үчүн ташуу теңдемесин чечет жана ага байланышкан турбуленттик илешкектүүлүктү эсептейт.

LES колдонулушунун себеби түтүн газ булуту менен ротор wake ортосундагы өткөөл куюн жана аралашуу түзүмдөрүн орточо агым аркылуу гана баалоо чектелүү болушу мүмкүн.

MRF ыкмасы эмнени билдирет?

Multiple Reference Frame (MRF), пропеллерди курчаган аймакка айлануучу шилтеме алкагын аныктоо аркылуу ротордун орточо аэродинамикалык таасирин meshти ар бир убакыт кадамында физикалык айлантпастан көрсөтүүчү ыкма.

Эки пропеллер үчүн эки өзүнчө цилиндр түрүндөгү MRF аймагы түзүлүп, CFD текшерүү шартында айлануу ылдамдыгы 6500 rpm, башкача айтканда болжол менен 680,7 rad/s деп белгиленген.

MRF ротор wakeти steady rotating-frame ыкмасы менен көрсөтөт. Ал эми CO₂ газ булутунун ташылышы жана LES чечкен турбуленттик түзүмдөр убакыт менен өзгөргөндүктөн, жалпы CFD чечими transient болуп саналат.

Бул айырма маанилүү: изилдөө blade-passing жыштыгын же ар бир пропеллер канатынын убакытка көз каранды аэродинамикалык жүктөрүн чечпейт.

CFD эсептөө аймагы кандай болгон?

CFDде чыныгы автоунаанын толук геометриясы моделденген эмес. Түтүн булагы mesh сапатын жеңилдетүү үчүн жерден 30 cm бийиктикте квадрат inlet катары көрсөтүлгөн; автоунаанын арткы бөлүгү болсо 1,5 × 1,5 m туруктуу дубал менен жакындатылган.

Демек, модель чыныгы Hyundai i30дун бардык аэродинамикалык деталдарынын санарип эгизи эмес.

Чек аралык шарттар кандай болгон?

Түтүн агымынын чыгымы, температурасы жана чыныгы курамы эксперименттик автоунаада түздөн-түз өлчөнгөн эмес. Ошондуктан CFD inlet шарттары жеңил дизель кыймылдаткычтарынын бош жүрүш шарттарына байланышкан адабияттан алынган өкүлчүлүк маанилер менен түзүлгөн.

Булактагы температура боюнча эскертүү: Булак бул адабияттык маанилерди түшүндүргөндө бош жүрүштөгү түтүн температурасы үчүн 120-180 °C диапазонун айтат, бирок чыныгы CFD чек аралык шартына 324 K киргизет. 324 K болжол менен 51 °C болгондуктан, эки маани бир эле температура диапазонун билдирбейт. Verianla модель киргизүүсүн булакта колдонулгандай 324 K бойдон сактап, бул айырманы унчукпай оңдобойт.

Турбуленттүүлүк жана дубал модели жөндөөлөрү

Түтүн киришиндеги турбуленттик кинетикалык энергия \(k=0{,}09\ \mathrm{m^2/s^2}\), мүнөздүү турбуленттик аралашуу узундугу болсо \(L=0{,}003\ \mathrm{m}\) деп берилген.

Дубалга жакын LES турбуленттүүлүгү nutkWallFunction жана kqRWallFunction менен моделденген. Турбуленттик жылуулук диффузиясы үчүн compressible::alphatWallFunction жана турбуленттик Prandtl саны \(Pr_t=0{,}85\) колдонулган.

Mesh кантип түзүлгөн?

Mesh OpenFOAM blockMesh жана snappyHexMesh куралдары менен гибриддүү түрдө түзүлгөн. Түтүн булагы, UAV геометриясы жана MRF аймактарында локалдык майдалоо жүргүзүлгөн.

Өндүрүштүк симуляцияларда H1-H6 конфигурацияларында болжол менен 457.000, H7-H9 конфигурацияларында болжол менен 820.000 ячейка колдонулган. Булак акыркы өндүрүш meshтеринде skewness мааниси 4 санынан, non-orthogonality мааниси 65 санынан төмөн экенин билдирет.

PIMPLE жана убакыт кадамы кантип колдонулган?

Убакыттык туундулар localEuler, мейкиндиктик градиенттер Gauss linear, диффузия мүчөлөрү Gauss linear corrected, конвективдик мүчөлөр болсо bounded second-order limitedLinear схемалары менен дискреттештирилген.

PIMPLE алгоритминде ар бир убакыт кадамында бир outer correction жана үч pressure-correction итерациясы колдонулган.

Убакыт кадамы адаптивдүү жөндөлгөн; максималдуу Courant саны \(Co_{\max}=3\), максималдуу убакыт кадамы болсо:

\[ \Delta t_{\max}=5\times10^{-5}\ \mathrm{s} \]

деп чектелген.

Чечим толеранттуулугу \(10^{-6}\) менен \(10^{-4}\) аралыгында, relaxation factor 0,7.

Булак species transport теңдемелери айрым шарттарда чыныгы scalar-field жаңыртуусуз residual критерийин аткара аларын байкап, ошондуктан ар бир убакыт кадамында жок дегенде бир species solver итерациясын мажбурлоо үчүн minIter 1 колдонгон. Бул деталь CO₂ ташылышынын сандык жактан натыйжалуу жаңыртылышы үчүн маанилүү.

CO₂ массалык үлүшүнөн ppmге кантип айландырылган?

OpenFOAM натыйжаларында CO₂ түздөн-түз ppm эмес, массалык үлүш түрүндө болгондуктан, булак адегенде массалык үлүштү молдук үлүшкө, андан кийин молдук үлүштү ppmге айландырган.

Массалык Үлүш ppmге Кантип Айландырылат?

Булактын негизги жана ачык айландыруу чынжырында CO₂ массалык үлүшү \(Y_{CO_2}\) молекулалык массалардын жардамы менен молдук үлүш \(X_{CO_2}\) га айландырылып, андан кийин \(X_{CO_2}\times10^6\) амалы аркылуу ppm алынат; булак ошондой эле суюк-аралашма ыкмасы үчүн Теңдеме (5)ти берет, бирок бул теңдемеде колдонулган белги мурунку аныктамалар менен ички ырааттуулук маселесин жараткандыктан, Verianla аны оңдолгондой көрсөтпөйт.

Биринчи айландыруу:

\[ X_{CO_2}= \frac{ Y_{CO_2}/M_{CO_2} }{ Y_{CO_2}/M_{CO_2} + (1-Y_{CO_2})/M_{air} } \tag{3} \]

Бул жерде \(Y_{CO_2}\) CO₂ массалык үлүшү, \(X_{CO_2}\) CO₂ молдук үлүшү, \(M_{CO_2}=44{,}01\ \mathrm{g/mol}\) жана \(M_{air}=28{,}97\ \mathrm{g/mol}\).

Массалык үлүш аралашманын массасынын канчасы CO₂ экенин; молдук үлүш жалпы молекулалык көлөмдүн канчасы CO₂ молекулаларынан турарын билдирет. CO₂ менен орточо абанын молекулалык массалары ар башка болгондуктан, эки үлүш сандык жактан бирдей эмес.

Молдук үлүш ppmге төмөнкүдөй айландырылган:

\[ CO_2(\mathrm{ppm})=X_{CO_2}\times10^6 \tag{4} \]

Молдук үлүштү \(10^6\) га көбөйтүү катышты «миллиондун бөлүгү» масштабына өткөрөт.

Андан соң булак сейрек концентрациялар үчүн төмөнкү болжолдуу туюнтманы берет:

\[ CO_2(\mathrm{ppm}) \approx X_{CO_2} \left( \frac{M_{air}}{M_{CO_2}} \right) \times10^6 \tag{5, kaynakta basıldığı biçimiyle} \]

Булак \(M_{air}/M_{CO_2}\approx0{,}658\) маанисин берет.

Булактагы теңдеме эскертүүсү: Теңдеме (3)тө \(X_{CO_2}\) мурунтан эле молдук үлүш деп аныкталган жана Теңдеме (4)тө молдук үлүштөн ppmге түз айландыруу \(X_{CO_2}\times10^6\) деп берилген. Ошондуктан Теңдеме (5)тин басылган түрүндө \(X_{CO_2}\) кайрадан молекулалык-масса катышына көбөйтүлүшү мурунку эки аныктама менен түз шайкеш көрүнбөйт. Verianla бул белгини өз алдынча \(Y_{CO_2}\) деп өзгөртпөйт; булактагы теңдемени ошол бойдон көрсөтүп, ыраатсыздыкты көрүнүктүү калтырат.

CFDнин негизги сакталуу теңдемелери

Булактын Appendix A бөлүмүндө multicomponentFluid колдонгон негизги теңдемелер ачык берилген.

Массанын сакталуусу / үзгүлтүксүздүк теңдемеси:

\[ \frac{\partial\rho}{\partial t} + \nabla\cdot(\rho\mathbf{u}) = 0 \tag{A1} \]

\(\rho\) суюктуктун тыгыздыгы, \(\mathbf{u}\) ылдамдык вектору. Теңдеме химиялык же физикалык моделдин ичинде жалпы масса өзүнөн өзү пайда боло албайт же жок боло албайт дегенди билдирет.

Импульс теңдемеси:

\[ \frac{\partial(\rho\mathbf{u})}{\partial t} + \nabla\cdot(\rho\mathbf{u}\mathbf{u}) = -\nabla p + \nabla\cdot\boldsymbol{\tau} + \mathbf{S}_{MRF} \tag{A2} \]

Бул жерде \(p\) басым, \(\boldsymbol{\tau}\) илешкек чыңалуу тензору жана \(\mathbf{S}_{MRF}\) айлануучу шилтеме алкагынан келген импульс булак мүчөсү.

Сол тарап импульстун убакытка байланыштуу өзгөрүшүн жана агым менен ташылышын; оң тарап басым күчүн, илешкек таасирлерди жана MRFтин айлануучу булак таасирин көрсөтөт.

Түр ташуу теңдемеси:

\[ \frac{\partial(\rho Y_i)}{\partial t} + \nabla\cdot(\rho\mathbf{u}Y_i) + \nabla\cdot(\rho\mathbf{V}_iY_i) = 0 \tag{A3} \]

\(Y_i\) — \(i\) түрүнүн массалык үлүшү; \(\mathbf{V}_i\) болсо диффузия ылдамдыгы. Бул изилдөөдө түрлөр атмосфералык аба жана CO₂. Химиялык реакция болбогондуктан species production source мүчөсү нөл.

CFD сенсор пробасы кайда аныкталган?

Сандык monitoring probe эксперимент сенсорунун жайгашуусуна туура келгидей \((1{,}0,\ 0{,}05,\ 0)\ \mathrm{m}\) координатына коюлган. Бул пробадан убакыт боюнча чечилген CO₂ концентрациясы жана ылдамдык чоңдугу алынган.

Мындан тышкары, газ булутунун борбордук сызыгында \((1{,}47,\ 0{,}345,\ -0{,}025)\ \mathrm{m}\) менен \((-1{,}53,\ 0{,}345,\ -0{,}025)\ \mathrm{m}\) ортосунда үлгү алуу сызыгы аныкталып; CO₂, ылдамдык жана статикалык басым профилдери ушул сызык боюнча бааланган.

CFD контурларын кантип чечмелөө керек?

Булак 7-сүрөттө биринчи 5,5 секунддагы CO₂ талааларын бирдей 0-0,08 массалык үлүш түс шкаласы менен салыштырган. Бул сүрөт өзгөчө сапаттык механизм көрсөтүүсү катары аныкталган. Түс талааларынан аралык концентрация маанилерин окуп, так таблица түзүү туура эмес.

Булак 8-сүрөт 20 секунддан кийин кичине ажырымдарда газ булуту кеңирээк жана суюгураак болуп, чоң ажырымдарда түзүм no-drone абалына көбүрөөк окшош болорун көрсөтөт.

Булак 9-сүрөт болсо 2,5-15 секунд аралыгындагы ылдамдык талааларын көрсөтүп, роторлордун астында жогорку ылдамдыктагы аймактар пайда болорун ачып берет. Негизги rotor-wake/plume геометриясы эрте калыптанып, кийин майда масштабдуу турбуленттик түзүмдөр өнүгөт.

Бул CFD контурларынын чийки ячейка маалыматтары макаланын негизги текстинде жок болгондуктан, Verianla чыныгы контур талааларынын жасалма көчүрмөсүн түзбөйт.

CFD менен Эксперимент Натыйжалары Эмне Үчүн Бирдей Эмес?

CFD жана эксперимент бир эле физикалык механизмдин бар экенин көрсөткөнү менен, бирдей сандарды бербейт; анткени CFD туруктуу түтүн кириши, 6500 rpm туруктуу ротор, шамалсыз атмосфера жана так аныкталган математикалык проба камтылган идеалдаштырылган чөйрөнү чечет, ал эми чыныгы эксперимент кыймылдаткыч температурасы жана эмиссия өзгөрүүлөрү, жергиликтүү аба кыймылдары, газ булутунун табигый термелүүсү жана физикалык сенсордун жооп динамикасынан таасирленген.

CFDде сенсор жайгашкан жердеги натыйжалар

Эң жогорку CFD азаюусу эң кичине ажырымда эмес, H3, башкача айтканда 1,5 m конфигурациясында болгон. Бул жыйынтык булактын маанилүү механикалык түшүндүрмөлөрүнүн бири: downwash таасиринин чоңдугу геометриялык аралык менен гана аныкталбайт; өнүккөн rotor wake менен түтүн газ булутунун канчалык натыйжалуу дал келиши да натыйжаны өзгөртөт.

Ошондуктан CFD таблицасы да монотондуу «жакындаган сайын ар бир кадамда азаят» мыйзамын көрсөтпөйт.

Эксперимент менен CFD бирдей бийиктиктерде кантип салыштырылды?

График бир эле учурда эки маанилүү нерсени көрсөтөт. Биринчиден, эксперимент да, CFD да ротордун болушу CO₂ өлчөөнү өзгөртө аларын колдойт. Экинчиден, CFD эксперименттик азаюуну сандык жактан олуттуу ашыкча баалаганы көрүнөт.

Айрыкча 5,5 m-де эксперименттик концентрация no-drone эталонунан %2,88 жогору болгондуктан, булак муну «өлчөнүүчү азаюу жок» деп баалап, 5-таблицада %0 азаюу катары билдирген. Ошол эле чекитте CFD %70,08 азаюуну болжолдойт. Бул айырма CFDни чыныгы талаа өлчөөнүн түз сандык божомолчусу катары колдонбоо керектигин абдан ачык көрсөтөт.

CFD эмне үчүн күчтүүрөөк суюлууну болжолдойт?

CFDде түтүн ылдамдыгы, температурасы, курамы жана ротор ылдамдыгы туруктуу; атмосфералык шамал жок. Чыныгы экспериментте болсо кыймылдаткыч ишинин убакыт боюнча өзгөрүшү, температура, газ булутунун табигый meandering кыймылы, жергиликтүү алсыз аба агымдары жана чыныгы сенсордун жооп убактысы бар.

Эксперименттик сенсор убакыт ичинде физикалык жактан өзгөрүп турган газ булутун үлгүлөйт. CFD пробасы болсо эсептөө торундагы так аныкталган координаттан өтө жогорку убакыт/мейкиндик чечилишинде маани чыгарат.

Ошондуктан изилдөөчүлөр CFDни «өлчөнгөн концентрациянын так божомолчусу» эмес, ротор-газ булуту өз ара аракетинин механизмин түшүндүрүүчү курал катары карашат.

Mesh сезгичтиги кантип текшерилди?

Appendix Bде H4, башкача айтканда 2,0 m конфигурациясы колдонулуп, төрт mesh деңгээли бааланган.

Mesh салыштырууларында 3-5 s аралыгы бааланып, өндүрүштүк убакыт кадамы \(\Delta t=5\times10^{-5}\) s туруктуу сакталган.

Mesh айырмасы кантип эсептелди?

Кезектешкен mesh деңгээлдеринин ортосундагы салыштырма айырма булакта төмөнкүдөй аныкталган:

\[ \epsilon= \left| \frac{\phi_{fine}-\phi_{medium}} {\phi_{fine}} \right| \tag{A4} \]

\(\phi_{fine}\) майдараак mesh менен, \(\phi_{medium}\) мурунку одонораак mesh менен алынган бир эле физикалык метриканы билдирет. Абсолюттук маани айырманын белгисин алып салып, чоңдугун гана салыштырат.

Акыркы эки mesh ортосундагы айырмалардын мурунку деңгээлдерге салыштырмалуу азайышы жакындашуунун жүрүп жатканын колдойт. Бирок plume борбордук сызыгы CO₂ боюнча %16,3 айырма калышы scalar transport mesh чечилишине толук сезгич эмес болуп калды деп айтууга болбой турганын көрсөтөт.

Ошондуктан булак жыйынтыктарды «кемчиликсиз grid independence» катары көрсөтүүнүн ордуна, тандалган mesh негизги ташуу жана rotor-wake механизмдерин жетиштүү чыгым/тактык тең салмактуулугу менен кармайт деп баалайт.

Убакыт кадамынын көз карандысыздыгы кантип текшерилди?

Убакыттык сезгичтик H2, башкача айтканда 1,0 m ротор-сенсор ажырымында изилденген. Симуляциялар 31,5 секунддагы бар чечимден кайра башталып, 35 секундга чейин улантылган. Салыштыруу 32-35 s аралыгындагы үч секунддук өнүккөн агым аймагында жүргүзүлгөн.

Орто жана эң майда убакыт кадамынын ортосундагы салыштырма айырмалар орточо CO₂ үчүн %5,4, CO₂ RMS үчүн %4,6, орточо ылдамдык үчүн %17,1 жана ылдамдык RMS үчүн %13,7.

CO₂ талаасы изилдөөнүн негизги текшерүү өзгөрмөсү болгондуктан жана орто/майда убакыт кадамдарында CO₂ профилдери бири-бирине жакын болгондуктан, өндүрүштүк убакыт кадамы \(5\times10^{-5}\) s болуп тандалган. Ылдамдык өзгөрмөлөрүндө чоңураак айырмалардын калышы убакыттык чечилиш бардык физикалык өзгөрмөлөр үчүн бирдей даражада сезгич эмес экенин көрсөтөт.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Эксперименттик ыкманын системалуу жыйынтыгы

CFD ыкмасынын системалуу жыйынтыгы

Эң маанилүү эксперименттик жыйынтыктар

• Ротор системасы сенсорго жакындаганда өлчөнгөн CO₂ жалпысынан азайган.
• 6500 rpm-де билдирилген эң чоң эксперименттик азаюу 0,5 m шартында %52,67.
• 5,5 m-де эксперименттик азаюу өлчөнүүчү деп табылган эмес жана 5-таблицада %0 деп берилген.
• Аралык менен таасир толук монотондуу эмес; 3,5 m-деги %46,03 азаюу 2,5 m-деги %30,70 азаюудан чоң.
• Бул wake-plume дал келүүсү геометриялык аралыктан гана көз каранды эмес кошумча роль ойной турганын колдойт.
• Feather жана IoTSens абсолюттук маанилерде айырмаланса да, ротор жакындаганда CO₂ азаюу багытындагы жалпы тенденцияны бирге кармаган.

Эң маанилүү CFD жыйынтыктары

• CFD бардык ротор конфигурацияларында no-drone абалына караганда төмөн сенсор CO₂ эсептеген.
• Эң чоң CFD азаюусу H3, башкача айтканда 1,5 m-де %88,53.
• CFD азаюусу ротор аралыгы менен толук монотондуу эмес.
• Rotor wake газ булутун түздөн-түз кесиши, айланадагы абанын entrainment-ы жана күчөгөн турбуленттик аралашуу үч негизги механизм катары аныкталган.
• Чоң ротор-сенсор ажырымында газ булуту no-drone жүрүм-турумуна көбүрөөк жакындаганы менен, CFD H7-H9да экспериментке караганда күчтүүрөөк ротор таасирин болжолдогон.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• Ротор пайда кылган аба кыймылы туруктуу CO₂ сенсору өлчөгөн жергиликтүү концентрацияны олуттуу өзгөртө алат.
• Изилденген эксперименттик геометрияда кичине ротор-сенсор ажырымдары күчтүү өлчөө кыйшаюусун жаратышы мүмкүн.
• Ротор-газ булуту өз ара аракети аралыкка гана эмес, wakeтин өнүгүшүнө жана газ булуту менен мейкиндиктик дал келишине көз каранды.
• Downwash, entrainment жана турбуленттик аралашуу газ булутунун сенсорго жеткенге чейин суюлушунда бирге роль ойнойт.
• Арзан Feather-SCD41 системасы жана коммерциялык IoTSens системасы жалпы физикалык тенденцияны бир багытта кармаган.
• CFD экспериментте көрүнгөн негизги механизмди сапаттык жактан кайра чыгарган.
• CFD чыныгы экспериментте өлчөнгөндөн күчтүүрөөк CO₂ азаюусун болжолдогон.
• Mesh жана убакыт кадамы боюнча изилдөөлөр негизги CO₂ талаасы үчүн сандык жакындашуунун жүрүп жатканын колдогон, бирок бардык өзгөрмөлөрдө нөлгө жакын чечилиш сезгичтигин көрсөтпөгөн.

Изилдөө колдобогон жыйынтыктар

• Изилдөө чыныгы UAV учуусунун бардык аэродинамикасын кайра чыгарбайт.
• Изилдөө алдыга учууну, yaw/pitch/roll кыймылын же маневр учурунда сенсор иштешин сынабайт.
• Изилдөө белгилүү бир onboard сенсор жайгашуусу универсалдуу түрдө эң туура жер экенин көрсөтпөйт.
• 5,5 m бардык UAV жана эмиссия булактары үчүн коопсуз же таасирсиз ротор аралыгы катары жалпыланбайт.
• 6500 rpm натыйжасын башка пропеллер диаметри, ротор саны же UAV массасына автоматтык өткөрүүгө болбойт.
• CFD эксперименттик концентрацияны так сандык тактык менен болжолдой турганы көрсөтүлгөн эмес.
• Эксперименттик убакыт үлгүлөрү көз карандысыз кайталоолор эмес.
• Көз карандысыз эксперименттик кайталоолор жасалбагандыктан, натыйжалар популяция деңгээлинде кайталанма-эксперимент белгисиздигин бербейт.
• Жергиликтүү шамал үзгүлтүксүз өлчөнбөгөндүктөн, атмосфералык агымдын таасири толук бөлүнгөн эмес.
• Чыныгы түтүн чыгымы, температурасы жана курамы түздөн-түз өлчөнбөгөндүктөн, CFD inlet автоунаа үчүн түз өлчөнгөн чек аралык шарт эмес.
• Изилдөө бардык парник газдары бирдей сенсор/аэродинамикалык жүрүм-турум көрсөтөрүн далилдебейт.
• Булак күчү же жалпы CO₂ эмиссия агымы бул эксперименттен түздөн-түз эсептелген эмес.

Изилдөөнүн негизги чектөөлөрү

Көз карандысыз кайталоо жок: Ар бир иштөө шарты болжол менен 20 мүнөттүк бир үзгүлтүксүз өлчөө мезгили.

Эксперимент тартиби рандомдоштурулган эмес: Сыноолор ротордун жогорку абалынан башталып, төмөнкү абалдарга карай кезектешип жүргүзүлгөн.

Жергиликтүү шамал үзгүлтүксүз өлчөнгөн эмес: Жакынкы метеорология станциясы эксперимент чекитиндеги чыныгы микроагымдын түз өлчөөсү эмес.

Чыныгы UAV аэродинамикасы жок: Эки пропеллердүү surrogate система толук quadrotor, корпус аэродинамикасы, кыймылдагы учуу жана onboard сенсор жайгашуусун кайра чыгарбайт.

CFD түтүн киргизүүсү өлчөнгөн эмес: Агым чыгымы, температура жана курам адабияттагы маанилерден өкүлчүлүк түрдө тандалган.

CFD атмосферасы идеалдаштырылган: Туруктуу ротор ылдамдыгы жана шамалсыз чөйрө колдонулган.

MRF blade-resolved transient эмес: Blade-passing жана физикалык mesh айлануусу чечилген эмес.

Mesh сезгичтиги толугу менен нөлгө түшүрүлгөн эмес: Эң майда эки mesh ортосунда plume борбордук сызыгы CO₂ айырмасы %16,3.

Убакыттык сезгичтик өзгөрмөгө жараша айырмаланат: Орто жана майда timestep ортосунда CO₂ метрикалары %6 чегинен төмөн калса, ылдамдык метрикалары %13,7-17,1 аралыгында өзгөргөн.

Сенсор корпустары ар башка: Feather түздөн-түз абага ачык, IoTSens коргоочу enclosure ичинде; бул абсолюттук концентрацияны салыштырууга таасир этиши мүмкүн.

Практикалык колдонуу жагынан бул эмнени билдирет?

UAV эмиссия булутуна кирип өлчөө жүргүзгөндө, анын өз пропеллерлери өлчөөгө аракет кылган газ талаасын өзгөртө алат. Бул таасир булакты табуу сыяктуу «бар/жок» түрүндөгү тапшырмаларда жана булак күчүн сандык эсептөөгө багытталган тапшырмаларда бирдей мааниге ээ болбошу мүмкүн; айрыкча сандык эмиссия баалоодо ротор пайда кылган суюлуу эске алынбаса, сенсор төмөн концентрация окушу мүмкүн.

Булак бул механизмди автоунаа түтүнүнөн тышкары өнөр жай эмиссияларын мониторингдөө, landfill мониторинги, агып кетүүнү аныктоо жана башка жергиликтүү газ булактары үчүн да эске алуу керектигин талкуулайт. Бирок ар бир жаңы колдонууда газдын физикалык касиеттери, сенсордун жооп убактысы, ротор геометриясы, чыныгы шамал талаасы жана үлгү алуу жайы өзүнчө текшерилиши керек.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Түпнуска изилдөө: Evaluation of Low-Cost Gas Sensors for UAV-Based Greenhouse Gas Monitoring: Experimental and CFD Analysis of Rotor-Induced Effects.

Авторлор: Fernando Ramonet; Lidia Abad; José Javier Anaya; Víctor Suárez; Darío Sánchez; Sofía Aparicio.

Авторлордун тартиби: Булактагы тартип өзгөртүүсүз сакталган.

Тең салым: Булакта тең салым же тең биринчи авторлук тууралуу билдирүү көрсөтүлгөн эмес.

Жооптуу автор: Fernando Ramonet.

Мекеме: Institute of Physical and Information Technologies Leonardo Torres Quevedo (ITEFI), Spanish National Research Council (CSIC), C/Serrano 144, 28006 Madrid, Spain.

Журнал: Air.

Басма үйү: MDPI.

Том / сан / макала номери: 4 / 3 / 20.

DOI: 10.3390/air4030020.

Расмий шилтеме: https://doi.org/10.3390/air4030020

Тапшырылган күнү: 15 Июль 2026.

Ревизия күнү: 19 Август 2026.

Кабыл алынган күнү: 20 Август 2026.

Жарыяланган күнү: 1 Сентябрь 2026.

Булактын түрү: Рецензияланган оригиналдуу изилдөө макаласы; көзөмөлдөнгөн талаа экспериментин LES негизиндеги CFD анализи менен бириктирген экологиялык сенсор/аэродинамика изилдөөсү.

Preprint абалы: Булак PDFде өзүнчө preprint версиясы же preprint номери көрсөтүлгөн эмес.

Лицензия: Creative Commons Attribution (CC BY).

Эксперименттик булак: Hyundai i30, 1.6 L CRDi дизель кыймылдаткычы; туруктуу бош жүрүш.

Эксперименттик сенсордун жайгашуусу: Түтүн чыгышынан 1 m ылдый агым, жерден болжол менен 0,05 m.

Ротор системасы: Эки A2212-13T 1000 KV кыймылдаткыч, эки 25,4 cm 1045 slow-flyer пропеллер, Arduino Uno R4 Wi-Fi башкаруусу.

Эксперименттик ротор ылдамдыктары: Бардык негизги бийиктиктерде болжол менен 6500 жана 10.000 rpm; 0,5 жана 5,5 m абалдарында кошумча болжол менен 8000 rpm.

Эксперименттик ротор-сенсор ажырымы: 0,5; 1,5; 2,5; 3,5; 4,5 жана 5,5 m.

Өлчөө узактыгы: Ар бир шарт болжол менен 20 мүнөт.

Көз карандысыз кайталоо: Жок. Статистикалык бирдик — өлчөө шарты; убакыт катарынын үлгүлөрү көз карандысыз эксперименттик кайталоо эмес.

Арзан сенсор: Adafruit Feather M0 WiFi-ATSAMD21 + Sensirion SCD41-D-R2; 400-5000 ppm диапазону; булакта тактык ±50 ppm + %2,5 жана repeatability ±10 ppm деп берилген.

Коммерциялык эталондук система: IoTSens Air Quality Monitor. Feather системасын калибрлөө үчүн эмес, көз карандысыз тенденцияны салыштыруу үчүн колдонулган.

Маалымат инфраструктурасы: IoTSens → LoRaWAN → ThingSpeak; Feather → Wi-Fi → ThingSpeak.

CFD программасы: OpenFOAM v12.

CFD чечкичи: multicomponentFluid.

Турбуленттүүлүк модели: Large Eddy Simulation (LES), one-equation kEqn sub-grid scale модели.

Роторду көрсөтүү: Multiple Reference Frame (MRF); CFD өндүрүш шартында 6500 rpm, болжол менен 680,7 rad/s.

CFD ротор-сенсор ажырымдары: H1=0,5; H2=1,0; H3=1,5; H4=2,0; H5=2,5; H6=3,0; H7=3,5; H8=4,5; H9=5,5 m.

CFD аймагы: H1-H6 үчүн 3,0 × 3,5 × 3,0 m; H7-H9 үчүн 3,0 × 6,9 × 3,0 m.

Түтүн CFD inlet: 3 m/s, 324 K, CO₂ массалык үлүшү 0,08 жана аба массалык үлүшү 0,92.

Атмосфералык CFD чек арасы: 304 K, 101,6 kPa, CO₂ species мааниси \(4,2\times10^{-4}\).

Түтүн турбуленттүүлүгүнүн башталышы: \(k=0,09\ \mathrm{m^2/s^2}\), mixing length \(L=0,003\ \mathrm{m}\).

Турбуленттик Prandtl саны: \(Pr_t=0,85\).

Сандык схемалар: localEuler, Gauss linear, Gauss linear corrected жана bounded second-order limitedLinear.

PIMPLE: Бир outer correction жана ар бир убакыт кадамына үч pressure-correction итерациясы.

Courant чеги: \(Co_{\max}=3\).

Максималдуу timestep: \(\Delta t_{\max}=5\times10^{-5}\) s.

Чечим толеранттуулугу: \(10^{-6}\) менен \(10^{-4}\).

Relaxation factor: 0,7.

Species solver коргоосу: minIter 1.

Post-processing: OpenFOAM postProcess жана ParaView.

Сандык проба: \((1,0,\ 0,05,\ 0)\) m.

Mesh текшерүүсү: H4 конфигурациясында болжол менен 457 миңден 1,856 миллион ячейкага чейин төрт mesh деңгээли.

Убакыт кадамын текшерүү: H2 конфигурациясында \(10^{-4}\), \(5\times10^{-5}\) жана \(2,5\times10^{-5}\) s.

Каржылоо: ARGUS EU project, Grant Agreement No. 101132308; European Union тарабынан каржыланган.

Маалыматтардын жеткиликтүүлүгү: Булак натыйжаларды колдогон чийки маалыматтар авторлордон суроо боюнча берилерин билдирет.

Этика комитети: Колдонулбайт деп билдирилген.

Маалымдалган макулдук: Колдонулбайт деп билдирилген.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор кызыкчылыктардын кагылышы жок экенин билдиришкен.

Жасалма интеллект колдонуу билдирүүсү: Авторлор жарыялоону даярдоо учурунда Microsoft Copilot (M365 Copilot, GPT-5) жана ChatGPT v5.5 версиясын тилди жакшыртуу, англисче туюнтмаларды редакциялоо жана текстти кыскартууга жардам берүү үчүн колдонушканын; чыгышты карап чыгып түзөткөнүн жана мазмун үчүн толук жоопкерчиликти өзүнө алганын билдиришкен.

Авторлордун салымдары: Концептуалдаштыруу Fernando Ramonet, Lidia Abad жана José Javier Anaya; ыкма Fernando Ramonet, Lidia Abad, José Javier Anaya жана Víctor Suárez; программалык камсыздоо Fernando Ramonet, Lidia Abad жана Víctor Suárez; текшерүү Fernando Ramonet, Lidia Abad, José Javier Anaya жана Sofía Aparicio; формалдык анализ жана изилдөө бардык авторлор; ресурстар José Javier Anaya жана Sofía Aparicio; маалыматтарды курациялоо Fernando Ramonet жана Lidia Abad; визуалдаштыруу Fernando Ramonet жана Lidia Abad; көзөмөл José Javier Anaya жана Sofía Aparicio; долбоорду башкаруу жана каржылоону алуу Sofía Aparicio тарабынан жүргүзүлгөн.

Ыраазычылык: Авторлор ыраазычылык бөлүмүн пенсияга чыгышына байланыштуу José Javier Anayaга арнап, академиялык жетекчилиги үчүн ыраазычылык билдиришкен.

Булактагы терминология/геометрия эскертүүсү: Тексттин айрым жыйынтык бөлүктөрүндө “UAV height” же “sensor height” сыяктуу сөздөр колдонулганына карабастан, ыкма сенсор туруктуу бойдон каларын жана өзгөрмө ротор-сенсор тик ажырымы экенин ачык белгилейт. Verianla баянында ушул физикалык геометрия негиз катары алынган.

Булактагы конфигурация эскертүүсү: Ыкма жана негизги таблицалар H7=3,5 m, H8=4,5 m жана H9=5,5 m деп аныктайт. Натыйжалар бөлүмүндөгү бир сүйлөмдө H7-H9 үчүн “3,5-6,5 m” деген сөз бар. Макаладагы кайталанган конфигурация дал келүүсү жана 4-5-таблицалар негиз катары алынып H9=5,5 m сакталган.

Булактагы температура эскертүүсү: CFD inlet талкуусунда бош жүрүштөгү дизель түтүнү үчүн адабияттан 120-180 °C диапазону көрсөтүлгөнүнө карабастан, колдонулган модель температурасы 324 K. Verianla бул айырманы унчукпай өзгөрткөн эмес.

Булактагы Теңдеме (5) эскертүүсү: Теңдеме (3) \(Y_{CO_2}\) ни \(X_{CO_2}\) га айландырат жана Теңдеме (4) ppmди \(X_{CO_2}\times10^6\) деп аныктайт. Теңдеме (5)тин басылган түрүндө \(X_{CO_2}\) кайрадан \(M_{air}/M_{CO_2}\) га көбөйтүлөт. Булактагы белги өз алдынча өзгөртүлгөн эмес жана ыраатсыздык ачык көрсөтүлгөн.

Булактагы сенсор пайызы боюнча эскертүү: Булак 824 ppm Feather жана 622 ppm IoTSens орточо маанилерин болжол менен %25 айырма деп сүрөттөйт; 3-таблицадагы пайыз эсептөө логикасы ошол эле түрдө колдонулса, башка катыш алынат. 

Негизги чечмелөө чеги: Бул изилдөө көзөмөлдөнгөн rotor-plume өз ара аракетин изилдейт. Толук UAV учуу аэродинамикасын, чыныгы onboard сенсор конфигурациясын, көз карандысыз кайталанган талаа экспериментин же ар кандай метеорологиялык шарттарда универсалдуу иштөө аралыкты текшерүүнү камсыз кылбайт.