Experimentelle Untersuchung der prägenden Wirbelsysteme im Nachlauf stumpfer Körper und deren aktiver Beeinflussung
Seiten
2015
|
1. Aufl.
Mensch & Buch (Verlag)
978-3-86387-631-9 (ISBN)
Mensch & Buch (Verlag)
978-3-86387-631-9 (ISBN)
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The flow around bluff bodies is dominated by different vortex structures, which are responsible for extensive momentum loss, low static base pressure and result in comparatively high pressure drag. In two-dimensional and quasi-two-dimensional bluff body flows, the main vortex mechanism is the periodic-alternating shedding of large-scale, transversal vortices, composing a stable vortex street downstream. Flow fields around three-dimensional bluff bodies are characterized mostly by stable, large-scale longitudinal vortex systems.
Passive and active flow control approaches were applied to a blunt NACA0012 wing model in order to gain an insight into the mode of action of these flow control strategies using time-resolved PIV and base pressure measurements. Both the variation of the geometry of the model rear end, as well as the tangentially, periodically-blowing compressed air jets located at the base edges, result in a considerable attenuation of the regular vortex shedding process, which is connected with a drag reduction of up to 37 % and a fundamental change of the dominating vortex mechanism. An actuation using a frequency out of the natural vortex shedding wave band yields a significant amplification of the large-scale, periodic-alternating vortex shedding and a distinct drag rise.
Three-dimensional bluff body flows were investigated experimentally in a stereo-PIV configuration using an adapted AHMED body half model with a slant angle of f = 25 degree angle. This bluff body flow is characterized by a steady longitudinal vortex, which is formed at the lateral edge of the model slant out of the shear layer. This vortex is continuously fed by the lateral shear layer and leads to a very low static pressure in the effective range compared to the regular surrounding recompression on the model slant. The active flow control system applied to the AHMED body half model, using two continuously-blowing compressed air jets with a sufficient momentum transfer, results in a cutoff of the vortex and the feeding, lateral shear layer and causes a significant displacement of the vortex in upward direction, away from the slant. This leads to a reduced influence of the longitudinal vortex on the static pressure field on the rear slant and an almost two-dimensional development of the recompression regarding its spanwise characteristics. Die Umströmung von stumpfen Körpern wird von den jeweils prägenden Wirbelsystemen charakterisiert, die mit großen Impulsverlusten, sehr niedrigen statischen Drücken am Heck des Körpers und somit einem großen Druckwiderstand verbunden sind. Bei zweidimensionalen und quasi-zweidimensionalen Umströmungen von stumpfen Körpern ist der dominierende Wirbelmechanismus das periodisch-alternierende Vortex Shedding von großskaligen Transversalwirbeln, die sich in einer stabilenWirbelstraße aneinanderreihen. Bei dreidimensionalen Stumpfkörperumströmungen treten oftmals Longitudinalwirbelsysteme auf.
An einem stumpf abgeschnittenen NACA0012-Flügelmodell wurden im Rahmen dieser Arbeit sowohl passive als auch aktive Methoden der Strömungskontrolle experimentell erprobt und ihr Wirkmechanismus mit Hilfe von zeitaufgelösten PIV- und Heckdruckmessungen untersucht. Es gelang sowohl durch die Heckvariation als auch durch das annähernd tangentiale, periodische Ausblasen von Druckluft an den Basiskanten eine massive Dämpfung des natürlichen Vortex Shedding-Prozesses, welche mit einerWiderstandsreduktion um bis zu 37 % und einer grundlegenden Änderung des dominierendenWirbelmechanismus einhergeht. Es wurde festgestellt, dass eine Aktuation mit einer Frequenz aus dem natürlichen Vortex Shedding-Frequenzband dagegen eine deutliche Verstärkung des großskaligen, periodisch-alternierenden Wirbelabwurfs, verbunden mit einem entsprechenden Widerstandszuwachs, bewirkt.
Als Vertreter dreidimensionaler Stumpfkörperumströmungen wurde ein Halbmodell eines angepassten AHMED-Body mit einem Heckschrägenwinkel von f = 25 Grad mit Hilfe eines Stereo-PIV-Versuches experimentell untersucht. Das Strömungsfeld dieses Modells ist durch einen stationären Longitudinalwirbel geprägt, der sich an der Flanke aus der seitlichen Scherschicht stromab des Einzugs der Heckschrägen ausbildet, dabei stromab stetig aus dieser Scherschicht gespeist wird und in seinem Einflussbereich einen im Vergleich zum allgemeinen Druckrückgewinn auf der Heckschrägen äußerst niedrigen statischen Druck induziert. Die aktive Beeinflussung des Strömungsfeldes durch kontinuierliches Ausblasen von Druckluft nahe des Entstehungsortes des Longitudinalwirbels aus zwei Schlitzen verursacht bei ausreichendem Impulseintrag eine Abtrennung des Wirbels von der speisenden, seitlichen Scherschicht und eine deutliche Verlagerung desWirbelzentrums weg von der Heckschrägen nach oben. Dies bewirkt, dass der Einfluss des Wirbels auf die Druckverteilung auf der Heckschrägen deutlich abnimmt und der Druckrückgewinn auf der Heckschrägen im Hinblick auf seine spannweitige Verteilung annähernd zweidimensional verläuft.
Passive and active flow control approaches were applied to a blunt NACA0012 wing model in order to gain an insight into the mode of action of these flow control strategies using time-resolved PIV and base pressure measurements. Both the variation of the geometry of the model rear end, as well as the tangentially, periodically-blowing compressed air jets located at the base edges, result in a considerable attenuation of the regular vortex shedding process, which is connected with a drag reduction of up to 37 % and a fundamental change of the dominating vortex mechanism. An actuation using a frequency out of the natural vortex shedding wave band yields a significant amplification of the large-scale, periodic-alternating vortex shedding and a distinct drag rise.
Three-dimensional bluff body flows were investigated experimentally in a stereo-PIV configuration using an adapted AHMED body half model with a slant angle of f = 25 degree angle. This bluff body flow is characterized by a steady longitudinal vortex, which is formed at the lateral edge of the model slant out of the shear layer. This vortex is continuously fed by the lateral shear layer and leads to a very low static pressure in the effective range compared to the regular surrounding recompression on the model slant. The active flow control system applied to the AHMED body half model, using two continuously-blowing compressed air jets with a sufficient momentum transfer, results in a cutoff of the vortex and the feeding, lateral shear layer and causes a significant displacement of the vortex in upward direction, away from the slant. This leads to a reduced influence of the longitudinal vortex on the static pressure field on the rear slant and an almost two-dimensional development of the recompression regarding its spanwise characteristics. Die Umströmung von stumpfen Körpern wird von den jeweils prägenden Wirbelsystemen charakterisiert, die mit großen Impulsverlusten, sehr niedrigen statischen Drücken am Heck des Körpers und somit einem großen Druckwiderstand verbunden sind. Bei zweidimensionalen und quasi-zweidimensionalen Umströmungen von stumpfen Körpern ist der dominierende Wirbelmechanismus das periodisch-alternierende Vortex Shedding von großskaligen Transversalwirbeln, die sich in einer stabilenWirbelstraße aneinanderreihen. Bei dreidimensionalen Stumpfkörperumströmungen treten oftmals Longitudinalwirbelsysteme auf.
An einem stumpf abgeschnittenen NACA0012-Flügelmodell wurden im Rahmen dieser Arbeit sowohl passive als auch aktive Methoden der Strömungskontrolle experimentell erprobt und ihr Wirkmechanismus mit Hilfe von zeitaufgelösten PIV- und Heckdruckmessungen untersucht. Es gelang sowohl durch die Heckvariation als auch durch das annähernd tangentiale, periodische Ausblasen von Druckluft an den Basiskanten eine massive Dämpfung des natürlichen Vortex Shedding-Prozesses, welche mit einerWiderstandsreduktion um bis zu 37 % und einer grundlegenden Änderung des dominierendenWirbelmechanismus einhergeht. Es wurde festgestellt, dass eine Aktuation mit einer Frequenz aus dem natürlichen Vortex Shedding-Frequenzband dagegen eine deutliche Verstärkung des großskaligen, periodisch-alternierenden Wirbelabwurfs, verbunden mit einem entsprechenden Widerstandszuwachs, bewirkt.
Als Vertreter dreidimensionaler Stumpfkörperumströmungen wurde ein Halbmodell eines angepassten AHMED-Body mit einem Heckschrägenwinkel von f = 25 Grad mit Hilfe eines Stereo-PIV-Versuches experimentell untersucht. Das Strömungsfeld dieses Modells ist durch einen stationären Longitudinalwirbel geprägt, der sich an der Flanke aus der seitlichen Scherschicht stromab des Einzugs der Heckschrägen ausbildet, dabei stromab stetig aus dieser Scherschicht gespeist wird und in seinem Einflussbereich einen im Vergleich zum allgemeinen Druckrückgewinn auf der Heckschrägen äußerst niedrigen statischen Druck induziert. Die aktive Beeinflussung des Strömungsfeldes durch kontinuierliches Ausblasen von Druckluft nahe des Entstehungsortes des Longitudinalwirbels aus zwei Schlitzen verursacht bei ausreichendem Impulseintrag eine Abtrennung des Wirbels von der speisenden, seitlichen Scherschicht und eine deutliche Verlagerung desWirbelzentrums weg von der Heckschrägen nach oben. Dies bewirkt, dass der Einfluss des Wirbels auf die Druckverteilung auf der Heckschrägen deutlich abnimmt und der Druckrückgewinn auf der Heckschrägen im Hinblick auf seine spannweitige Verteilung annähernd zweidimensional verläuft.
| Erscheinungsdatum | 26.09.2016 |
|---|---|
| Verlagsort | Berlin |
| Sprache | deutsch |
| Maße | 148 x 210 mm |
| Einbandart | gebunden |
| Themenwelt | Technik ► Luft- / Raumfahrttechnik |
| Schlagworte | Aerodynamik • Aktive Strömungskontrolle • Druckwiderstand • Impulsverlust • Umströmung stumpfer Körper • Wirbelsysteme |
| ISBN-10 | 3-86387-631-8 / 3863876318 |
| ISBN-13 | 978-3-86387-631-9 / 9783863876319 |
| Zustand | Neuware |
| Informationen gemäß Produktsicherheitsverordnung (GPSR) | |
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