Transient process of separation and attachment over a NACA 0015 airfoil controlled by fluidic vortex generators

par Wei Long Siauw

Thèse de doctorat en Mécanique des milieux fluides

Sous la direction de Jean-Paul Bonnet et de Jean Tensi.

  • Titre traduit

    Etude du décollement et recollement transitoire sur profil NACA 0015 contrôlé par générateurs de tourbillons fluidiques


  • Résumé

    Ce travail expérimental est consacré à l’étude du décollement et du recollement transitoire sur profil NACA 0015 contrôlé par des Générateurs de Vortex Fluidique (FVG). Des essais sont effectués à un nombre de Reynolds de 1 million, et à une incidence de 11o. L’écoulement sans contrôle est caractérisé par une zone décollée qui commence à xA-c=0,7 à partir du bord d'attaque (soit 30% de la corde) avec un minimum de vibrations. Pour effectuer le contrôle de l’écoulement, 44 FVG sont installés à xA-c=0,3. Les effets de la FVG sont caractérisés par une augmentation de 16% du coefficient de portance et réduction de 30% du coefficient de traînée. Ces conditions permettent de déterminer des processus transitoires dans l’écoulement pendant que les FVG pulsent à une fréquence de 1 Hz. Ils sont déterminées, par Décomposition Orthogonale aux Valeurs Propres (POD) de la PIV données obtenues à partir de moyennes en référence de phases; l’échelle de temps caractéristique du décollement (_T+~20) est deux fois celle du recollement (_T+~10). Un système dynamique a été modélisé à partir des quartes premières modes, qui représente 98% de l’énergie, temporelles de la POD. Dans une seconde expérience, des signaux de pression sur le profil dan la zone décollée, sont utilisés pour estimer l'évolution des fluctuations de vitesse par une technique d'Estimation Stochastique Linéaire (LSE). Les vitesses sont obtenues à partir d'un fil chaud en croix dans le sillage à xA-c=2 et l’autre dans la couche de cisaillement à xA-c=0,91. Les grandes structures de l’écoulement sont bien estimées pour les cas sans contrôle. Dans le cas du processus transitoire pendant l’activation de la FVG, il y d’abord a une augmentation de la taille des structures dans le sillage puis une diminution. A l’arrêt du contrôle, la taille du sillage réaugmente progressivement. Un comportement similaire est observé dans la couche de cisaillement.


  • Résumé

    This is an experimental study dedicated to the transient processes of flow separation and attachment over a NACA 0015 airfoil. Tests are performed at a Reynolds number of 1 million with the airfoil pitched at an incidence of 11o. The uncontrolled state is characterised by a separation size of 30% upstream from the trailing edge with minimal model vibration. A spanwise array of 44 angled fluidic vortex generators (FVG) is positioned at 30 percent of chord from the leading edge to control flow separation. Effects of the FVG are characterized by 16% improvement in CL and 30% reduction in Cd during the controlled steady state. These conditions allow deterministic changes in the wake and shear layer when operating the FVG in an “on-off” manner at a frequency of 1 Hz. It is estimated from the Proper Orthogonal Decomposition (POD) of the conditional averaged PIV data in the wake that the time taken for the separation (ΔT+~20) is twice that of attachment (ΔT+~10). A reduced order model has been realized based on the first four temporal modes, which represent 98% of the energy, of the POD. In a second experiment, pressure signals in the separated zone of the airfoil, are used as conditional signals to estimate the evolution of the fluctuating velocities using technique of Linear Stochastic Estimation (LSE). The velocities are acquired from a crosswire traversing in the wake at xA/c=2 and the shear layer at xA/c=0. 91. A double and single vortex streets has been estimated in the wake and shear layer, respectively for the baseline uncontrolled case. In the case of the transient process in the wake during FVG deployment, there is an increase in the size of the vortex streets followed by a decrease in size. In the reverse process, there is a gradual re-establishment of the shear layer and gradual enlargement of the wake. The ability of the pressure signals in describing evolution of coherent structures motivates the use of its moving rms, after being filtered to retain the energy containing scales of the flow, to anticipate the onset of flow separation.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (xxvi-220 p.)
  • Notes : Thèse confidentielle jusqu'au 31 décembre 2009
  • Annexes : Bibliogr. 76 réf.

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