Numerical investigations of bypass transition and its control
Tid: Fr 2024-06-14 kl 10.00
Plats: D2, Lindstedtsvägen 5, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Teknisk mekanik
Respondent: José Manuel Faúndez Alarcón , Linné Flow Center, FLOW, Teknisk mekanik
Opponent: Professore Ordinario Flavio Giannetti,
Handledare: Professor Dan S. Henningson, Linné Flow Center, FLOW; Docent Ardeshir Hanifi, Linné Flow Center, FLOW
Abstract
Denna avhandling behandlar den laminära-turbulenta övergångsprocessen i gränsskikt inducerad av friströmsturbulens (FST), vanligen kallad bypass-transition. Studien har genomförts med hjälp av direkta numeriska simuleringar (DNS), stabilitetsanalys och reglerteknik. Två typer av bypass-transition beaktas, omslagsprocessen utan reglerteknisk påverkan och med användning av reglerteknik.
Omslagsprocessen utan användning av reglerteknik handlar till stor del om hur instabiliteter växer och bryter ner strömningen till turbulens. En bredare förståelse av denna process kan resultera i bättre metoder för att förutsäga laminärt-turbulent omslag, vilket är av stort intresse i många tekniska tillämpningar. I detta sammanhang ger stabilitetsteori ett utmärkt ramverk för att studera strömningen före omslaget sker. Vårt arbete har bekräftat relevansen av sk ``optimal störningsteori'' i realistiska situationer, och hur de kan ge värdefull information om de mest ``farliga'' störningarna. Nyckelrollen av sekundärinstabiliteter har också studerats. De utgör huvudorsaken till övergången till turbulens för strömningen över vingar och plana plattor där strömningen i friströmmen innehåller tillräckligt med turbulens. Genom att jämföra sekundärinstabiliteterna som leder till sammanbrott i olika geometrier har det visat sig att långa strukturer av hög- och låghastighetsstråk med liknande förhållande mellan spännvidds och vertikal skalor är associerade med sammanbrott till turbulens. En förklaring för denna storlekspreferens baseras på optimal tillväxt tillsammans med icke-linjär interaktion mellan stråk med olika spännvidds skalor.
Med användning av reglerteknik adresserar vi hur aktuatorer kan styra systemet till ett önskat tillstånd baserat på information som via mätningar extraherats från systemet. I gränsskiktströmning är man intresserad av att fördröja övergång från laminärt till turbulent tillstånd för att åstadkomma energibesparingar genom det lägre motståndet ett laminärt tillstånd har. Detta arbete undersöker möjligheten att använda reglerteknik tillsammans med enkla modeller baserade på analys av på in/utdata från direktsimuleringarna. Metoderna är beskaffade så att de skulle kunna anvädas i en experimentellt. Vi dämpar de stråkstrukturer som finns i gränsskiktsströmningen framgångsrikt. Fördröjningen av laminär-turbulent omslag är kopplade till möjligheten att begränsa amplituden på de stråk som har störst sannolikhet att bryta samman till turbulens via sekundärinstabiliteter.