Coherent structures and control in wall-bounded turbulent flows
Tid: Må 2021-06-14 kl 10.30
Plats: Live-streaming via Zoom: https://kth-se.zoom.us/j/66964086047, Stockholm (English)
Ämnesområde: Teknisk mekanik
Respondent: Marco Atzori , Teknisk mekanik, SimEx/FLOW
Opponent: Assoc. Prof. Oscar Flores, Dept. Bioingenierıa e Ing. Aeroespacial, Universidad Carlos III de Madrid
Handledare: Philipp Schlatter, Linné Flow Center, FLOW, Mekanik, SeRC - Swedish e-Science Research Centre, Strömningsmekanik och Teknisk Akustik; Ricardo Vinuesa, Linné Flow Center, FLOW, SeRC - Swedish e-Science Research Centre, Strömningsmekanik och Teknisk Akustik
Abstract
Denna avhandling handlar om två olika ämnen relaterade till studien av väggbunden turbulens: sambandet mellan momentana tredimensionella koherenta strukturer och medelflödesegenskaper och utveckling och analys av förutbestämda styrtekniker för negativ tryckgradientgräns skikten.
Vi undersökte regioner med intensiva hastighetsfluktuationer i olika studiefall. I turbulenta kanaler fann vi att å ena sidan har domänens specifika geometri mätbara effekter på formen och dimensionerna hos dessa strukturer. Å andra sidan är deras bidrag till det genomsnittliga sekundära flödet, som är huvudfunktionen i turbulenta kanaler, inte särskilt signifikant. Intensiva händelser bidrar till medelhastigheten på ett liknande sätt som i periodiska kanalströmmar, där sekundärflödet inte finns. När vi studerade ogynnsamma och nolltryckgradient turbulenta gränsskikt, fann vi att det finns kvalitativa skillnader i hur intensiva fluktuationshändelser påverkar medelegenskaperna för dessa två flöden. Våra resultat tyder på att sammanhängande strukturer kan hjälpa till att förklara historiska effekter och utveckling av den yttre toppen i väggtangentiella fluktuationer. En effektiv algoritm för perkoleringsanalys och en adapter på plats för simuleringskoden Nek5000 och visualiseringsmjukvaran Paraview har också utvecklats som en del av detta arbete.
Vi skapade en ny dataset inklusive olika kombinationer av enhetlig blåsning och sugning applicerad på en NACA4412-flygplatta, med användning av högkvalitativa numeriska simuleringar och turbulensmodeller. Det finns signifikanta skillnader mellan hur kontrollen interagerar med turbulens under olika tryckgradientförhållanden, vilket illustrerar behovet av att betrakta testfall som liknar operativa förhållanden i kontrollstudier. Vi fann också att den mest lovande kontrollkonfigurationen för ett brett spektrum av Reynolds-nummer är enhetlig blåsning som appliceras på flygplattans trycksida. I synnerhet minskar det både tryck- och hudfriktionsdragningar, vilket resulterar i högre aerodynamisk effektivitet och potentiell nettoenergibesparing när manöverkostnaden beräknas.