The flow separation delay in the boundary layer by induced vortices

• DOI: 10.1007/s12650-016-0396-0
• Publication Date: 2016-10-04T16:30:41Z
• Authors: Ishtiaq A. Chaudhry; Tipu Sultan; Farrukh A. Siddiqui; M. Farhan; M. Asim
• Keywords: Artificial intelligence; Economics; Boundary layer thickness; Turbulent Flows and Vortex Dynamics; Computational Mechanics; Aerospace Engineering; FOS: Mechanical engineering; Boundary layer control; Mechanics; Mathematical analysis; 01 natural sciences; Engineering; Jet (fluid); Actuator; Synthetic jet; 0103 physical sciences; Regular Paper; FOS: Mathematics; Momentum (technical analysis); Electrical and Electronic Engineering; Flow separation; Vortex Dynamics; Boundary Layer Control; Plasma Actuators for Aerodynamic Flow Control; Physics; Statistics; Flow Control; Boundary Layer Transition; Condensed Matter Physics; Particle image velocimetry; Computer science; Materials science; Turbulence; Boundary layer; Boundary (topology); Physical Sciences; Separation (statistics); Aeroacoustic Analysis of Jet Noise; Flow (mathematics); Synthetic Jets; Vortex; Water tunnel; Mathematics; Finance

A series of experiments involving the particle image velocimetry technique are carried out to analyse the quantitative effectiveness of the synthesized vortical structures towards actual flow separation control. The streamwise vortices are synthesized from the synthetic jet actuator and introduced into the attached and separating boundary layer developed on the flat plate surface. Two types of actuators with different geometrical set-ups are used to analyse the evolution of vortical structures in the near wall region and their impact towards achieving separation delay in the boundary layer. First, a single circular jet is synthesized by varying actuator operating parameters and issued into the boundary layer to evaluate the dynamics of the interaction between the vortical structures and the near wall low momentum fluid in the separated region. Second, an array of jets has been issued into the artificially separated region to assess the effectiveness of various vortical structures towards achieving the reattachment of the separated flow in the streamwise direction.<br/>Une série d'expériences impliquant la technique de vélocimétrie par image de particules sont réalisées pour analyser l'efficacité quantitative des structures tourbillonnaires synthétisées vers le contrôle de séparation d'écoulement réel. Les tourbillons dans le sens du courant sont synthétisés à partir de l'actionneur à jet synthétique et introduits dans la couche limite attachée et séparatrice développée sur la surface de la plaque plate. Deux types d'actionneurs avec des configurations géométriques différentes sont utilisés pour analyser l'évolution des structures tourbillonnaires dans la région proche de la paroi et leur impact sur la réalisation du retard de séparation dans la couche limite. Tout d'abord, un jet circulaire unique est synthétisé en faisant varier les paramètres de fonctionnement de l'actionneur et émis dans la couche limite pour évaluer la dynamique de l'interaction entre les structures tourbillonnaires et le fluide à faible moment près de la paroi dans la région séparée. Deuxièmement, un réseau de jets a été émis dans la région séparée artificiellement pour évaluer l'efficacité de diverses structures tourbillonnaires vers la réalisation du rattachement de l'écoulement séparé dans la direction du courant.<br/>Se llevan a cabo una serie de experimentos que involucran la técnica de velocimetría de imágenes de partículas para analizar la efectividad cuantitativa de las estructuras vorticales sintetizadas hacia el control real de la separación del flujo. Los vórtices en forma de corriente se sintetizan a partir del actuador de chorro sintético y se introducen en la capa límite unida y separada desarrollada en la superficie de la placa plana. Se utilizan dos tipos de actuadores con diferentes configuraciones geométricas para analizar la evolución de las estructuras vorticales en la región cercana a la pared y su impacto para lograr el retraso de separación en la capa límite. Primero, se sintetiza un solo chorro circular variando los parámetros operativos del actuador y se emite a la capa límite para evaluar la dinámica de la interacción entre las estructuras vorticales y el fluido de bajo impulso de la pared cercana en la región separada. En segundo lugar, se ha emitido una serie de chorros en la región separada artificialmente para evaluar la efectividad de varias estructuras vorticales para lograr la reinserción del flujo separado en la dirección de la corriente.<br/>يتم إجراء سلسلة من التجارب التي تنطوي على تقنية قياس سرعة صورة الجسيمات لتحليل الفعالية الكمية للهياكل الدوامية المركبة نحو التحكم الفعلي في فصل التدفق. يتم تصنيع الدوامات المتدفقة من المشغل النفاث الاصطناعي وإدخالها في الطبقة الحدودية المرفقة والفاصلة التي تم تطويرها على سطح اللوحة المسطحة. يتم استخدام نوعين من المشغلات ذات الإعدادات الهندسية المختلفة لتحليل تطور الهياكل الدوارة في منطقة الجدار القريب وتأثيرها نحو تحقيق تأخير الفصل في الطبقة الحدودية. أولاً، يتم تصنيع نفاثة دائرية واحدة عن طريق تغيير معلمات تشغيل المشغل وإصدارها في الطبقة الحدودية لتقييم ديناميكيات التفاعل بين الهياكل الدوارة ومائع الزخم المنخفض القريب من الجدار في المنطقة المنفصلة. ثانيًا، تم إصدار مجموعة من الطائرات النفاثة في المنطقة المنفصلة بشكل مصطنع لتقييم فعالية الهياكل الدوامية المختلفة نحو تحقيق إعادة ربط التدفق المنفصل في اتجاه التيار.<br/>