Modelling and control of turbulent and transitional flows

Tid: To 2020-06-04 kl 10.00

Plats: Live-streaming: https://kth-se.zoom.us/j/62627066334 If you lack computer or computer skills, contact Luca Brandt, brandtl@kth.se, Stockholm (English)

Ämnesområde: Teknisk mekanik

Respondent: Pierluigi Morra , Teknisk mekanik

Opponent: Professor Aimee S. Morgans, Imperial College London

Handledare: Dan S. Henningson, Linné Flow Center, FLOW, Mekanik, SeRC - Swedish e-Science Research Centre; Docent Ardeshir Hanifi, Linné Flow Center, FLOW, SeRC - Swedish e-Science Research Centre; André V. G. Cavalieri, ; Shervin Bagheri, Linné Flow Center, FLOW, SeRC - Swedish e-Science Research Centre

Abstract

Dynamiken av fluiders rörelse kan väl beskrivas med hjälp av Navier-Stokes ekva- tioner. Att manipulera dessa ekvationer för att minska deras komplexitet utan att förlora väsentliga egenskaper har alltid varit ett viktigt forskningsomr ̊ade inom strömningsmekanik. Mycket forskning har utförts för att utveckla högkvalitativa modeller t.ex. för beskrivning av väggbundna turbulenta flöden samt styrlagar baserad på lågordnings modeller för applikationer som motståndsminskning, förhöjning av lyftkraft eller bullerreducering. Modellreduktion har också använts för att studera strömningsdynamiken som beskrivs av Navier-Stokes ekvationer.

Tonvikten av arbetet presenterat i denna doktorsavhandling ligger på utveckling av beräkningsmässigt snabba och effektiva metoder för industriella tillämpningar. Vi har utfört numeriska simuleringar för att framta reducerade modeller för strömningsstyrning i syfte att minska motst ̊andet i gränsskiktsflöde genom att fördröja laminär-turbulent omslag. I dessa beräkningar har vi antagit att lokaliserad väggmätning och styrning är möjlig och att endast inputdata i form av tidssignaler fr ̊an dessa mättningar är tillgängliga. Vi har tagit fram en metod för att ta hänsyn till det högdimensionella bruset i mätdata i utvecklingen av lågordnings modeller för gränsskiktsflöden under inverkan av hög friströmsturbulens. Metoden har använts för att utforma en optimal styrlag för motst ̊andsminskning i gränsskiktsflöden. Dessutom har vi undersökt aktuatorns roll och jämfört realistiska aktuatorer med de beräknade med hjälp av optimeringsmetoder. Jämförelsen har gjorts med betoning på aktuators effektivitet i de studerade fallen.

Vi har också utfört numeriska simuleringar av väggbundna turbulenta flöden för att utveckla modeller med hög fidelitet av dessa flöden. Genom resultaten av dessa simuleringar har vi undersökt noggrannheten av den så kallade “resolvent” analysen för prediktering av de mest energiska strukturerna i väggbundna turbulenta flöden. En direkt jämförelse mellan strukturer identifierade i simuleringsdata och de predikterade genom resolvent analysen har presenterats. Dessutom har vi visat fördelarna med användning av en “eddy-viscosity” modell för Reynolds-spänningar i resolvent analysen för strömningsfall med friktion Reynoldstal upp till 1007.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-273165