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Numerical simulation of aerodynamic plasma actuator effects

Vieira, Debora Gleice da Silva Del Rio (2013)
Numerical simulation of aerodynamic plasma actuator effects.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

The present work used an in-house code (FASTEST) for solving the incompressible Navier-Stokes equations with Finite Volume Method applied to the flow over a flat plate influenced by plasma actuators. The actuators were modeled using experimental data (from PIV) for a precise evaluation of the plasma body force and its fluid mechanic effects. This method is proven and found to have a good accuracy suitable for a quantitative analysis of the proposed test cases. Tollmien-Schlichting waves were artificially excited upstream the actuators position. The waves develop downstream of the excitation point and are amplified in certain frequency modes. The use of plasma actuators can attenuate or cancel the Tollmien-Schlichting waves. This process can be used for turbulence delay and reduction of drag coefficients in aircraft wings. Several modes of operation of the plasma actuators were tested in different arrangements and power supply. For cycle operational mode of the plasma actuator, one sensor was used a few millimeters downstream the actuator and the setup parameters are optimized with the help of an optimization algorithm. Linear Stability Analysis was also performed with the data obtained from Direct Numerical Simulations to investigate the influence of the actuator in the flow stability proprieties.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2013
Autor(en): Vieira, Debora Gleice da Silva Del Rio
Art des Eintrags: Erstveröffentlichung
Titel: Numerical simulation of aerodynamic plasma actuator effects
Sprache: Englisch
Referenten: Michael , Prof. Schäfer ; Cameron, Prof. Tropea
Publikationsjahr: 15 September 2013
Datum der mündlichen Prüfung: 23 April 2013
URL / URN: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/3608
Kurzbeschreibung (Abstract):

The present work used an in-house code (FASTEST) for solving the incompressible Navier-Stokes equations with Finite Volume Method applied to the flow over a flat plate influenced by plasma actuators. The actuators were modeled using experimental data (from PIV) for a precise evaluation of the plasma body force and its fluid mechanic effects. This method is proven and found to have a good accuracy suitable for a quantitative analysis of the proposed test cases. Tollmien-Schlichting waves were artificially excited upstream the actuators position. The waves develop downstream of the excitation point and are amplified in certain frequency modes. The use of plasma actuators can attenuate or cancel the Tollmien-Schlichting waves. This process can be used for turbulence delay and reduction of drag coefficients in aircraft wings. Several modes of operation of the plasma actuators were tested in different arrangements and power supply. For cycle operational mode of the plasma actuator, one sensor was used a few millimeters downstream the actuator and the setup parameters are optimized with the help of an optimization algorithm. Linear Stability Analysis was also performed with the data obtained from Direct Numerical Simulations to investigate the influence of the actuator in the flow stability proprieties.

Alternatives oder übersetztes Abstract:
Alternatives AbstractSprache

In dieser Arbeit wird ein in-house code (FASTEST) basierend auf der Finite-Volumen-Methode verwendet, um die inkompressiblen Navier-Stokes-Gleichungen einer Strömung über eine ebene Platte beeinflusst durch Plasma-Aktuatoren zu lösen. Die Aktuatoren wurden mit Hilfe experimenteller Daten (aus PIV Messungen) für eine präzise Auswertung der Plasma-Volumenkraft und ihrer strömungsmechanischen Effekte modelliert. Die Methode wurde überprüft und bietet eine gute Genauigkeit für eine quantitative Analyse der vorgeschlagenen Testfälle. Tollmien-Schlichting-Wellen wurden stromaufwärts der Aktuatoren künstlich angeregt. Die Wellen entstehen stromab des Anregungspunktes und werden in bestimmten Frequenzen verstärkt. Die Verwendung von Plasma-Aktuatoren kann die Tollmien-Schlichting Wellen dämpfen oder auslöschen. Dieser Prozess kann zur Verzögerung der Turbulenz und zur Verringerung des Strömungswiderstandskoeffizienten in Flugzeugtragflächen verwendet werden. Mehrere Betriebsmodi der Plasma-Aktuatoren wurden mit unterschiedlichen Anordnungen und Stromversorgungen getestet. Im amplitudenmodulierten Betriebmodus des Plasma-Aktuators wurde ein Sensor wenige Millimeter hinter dem Aktuator platziert und die Betriebsparameter wurden mit Hilfe eines Optimierungsalgorithmus optimiert. Ebenso wurde mit den Daten aus Direkten Numerischen Simulationen eine lineare Stabilitätsanalyse durchgeführt, um den Einfluss des Aktuators auf die Eigenschaften der Strömungsstabilität zu untersuchen.

Deutsch
Freie Schlagworte: Plasma actuators, numerical simulations, Computer Fluid Dynamics
Schlagworte:
Einzelne SchlagworteSprache
Flow control, turbulence control, aerodynamics. nicht bekannt
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-36084
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 16 Fachbereich Maschinenbau
16 Fachbereich Maschinenbau > Fachgebiet für Numerische Berechnungsverfahren im Maschinenbau (FNB)
16 Fachbereich Maschinenbau > Fachgebiet Strömungslehre und Aerodynamik (SLA)
Hinterlegungsdatum: 27 Okt 2013 20:55
Letzte Änderung: 29 Jul 2021 12:35
PPN:
Referenten: Michael , Prof. Schäfer ; Cameron, Prof. Tropea
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 23 April 2013
Schlagworte:
Einzelne SchlagworteSprache
Flow control, turbulence control, aerodynamics. nicht bekannt
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