Vingar, turbulenta gränsskikt och avlösning
Tid: Fr 2024-02-16 kl 10.15
Plats: F3 (Flodis), Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Flyg- och rymdteknik Teknisk mekanik
Respondent: Fermin Mallor , Linné Flow Center, FLOW, Strömningsmekanik och Teknisk Akustik
Opponent: Professor Manuel García Villalba, Institute of Fluid Mechanics and Heat Transfer, TU Wien, Vienna, Austria
Handledare: Professor Philipp Schlatter, Linné Flow Center, FLOW, Teknisk mekanik, Institute of Fluid Mechanics (LSTM), Friedich-Alexander–Universität (FAU), Erlangen–Nürnberg, Germany; Associate Professor Ricardo Vinuesa, Linné Flow Center, FLOW, Teknisk mekanik; Associate Professor Ramis Örlü, Linné Flow Center, FLOW, Teknisk mekanik, Department of Mechanical, Electronical and Chemical Engineering, OsloMet - Oslo Metropolitan University, Oslo, 0166, Norway
QC 240122
Abstract
Denna doktorsavhandling undersöker det turbulenta flödet runt vingsektioner, med fokus på effekten av negativa tryckgradienter (APG) på turbulenta gränsskikt (TBL) och fysiken bakom avlösning. Både experimentella och numeriska metoder används för att generera data och genomföra en noggrant analys av flödet.
Det första målet med avhandlingen är att utveckla en omfattande databas för flödet runt en NACA 4412 vingprofil. För detta ändamål används adaptiv nätförfining (AMR) i det spektralelementbaserade programmet Nek5000. Med AMR genomförs väggupplösta large-eddy simuleringar (LES) vid olika Reynoldstal (Rec = 2×105, 4×105 och 1×106) och anfallsvinklar (AoA=5°, 8°, 11°, 14°), vilka tidigare varit ouppnåeliga. Effekten av den starka negativa tryckgradienten på TBL som utvecklas runt vingsektionen bedöms genom insamling av statistik och tidsserier. Resultaten visar på APG:s påverkan på både medel- och variansprofiler för hastighet, samt på fördelning och produktion av turbulenta energien inom TBL. Dessutom utforskas sambandet mellan APG TBL och avlösning genom utveckling av en in-situ identifierings- och spårningsalgoritm, integrerad i Nek5000. Våra resultat visar att negativa hastigheter händelser i TBL under starka APG interagerar betydligt med varandra, sammanflätar och bildar större strukturer som ökar exponentiellt i storlek, och så småningom leder till betydande avlösning nära vingens bakkant.
Dessutom genomförs en experimentkampanj i vindtunnel för att validera och utöka de numeriska resultaten. Mätningar av tryck, väggskjuvspänning och hastighet utförs i MTL vindtunneln vid KTH Kungliga Tekniska Högskolan. Studien granskar också mätmetoder för APG TBL, undersöker osäkerheter i bestämningen av väggskjuvspänning samt effekterna av längden på varmtrådprober på mätprofiler för hastighetsvarians.
Slutligen utförs en RANS-studie, där högupplösta data används för validering, för att bedöma optimering av flödeskontrollmetoder baserade på blåsning och sugning. Denna studie, som senare utvidgas till ett transoniskt vingprofil, visar på Bayesiansk optimering som en effektiv metod för CFD (computational fluid dynamics)-baserade optimeringsproblem.