Πειραματική μελέτη συσκευής ελέγχου ροής σε αεροτομή με παχύ χείλος εκφυγής

Γρηγορόπουλος, Χρήστος Ιάσονας; Grigoropoulos, Christos-Iasonas

dc.contributor.author	Γρηγορόπουλος, Χρήστος Ιάσονας	el
dc.contributor.author	Grigoropoulos, Christos-Iasonas	en
dc.date.accessioned	2025-12-04T09:20:32Z
dc.date.available	2025-12-04T09:20:32Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/62989
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.30685
dc.rights	Default License
dc.subject	Αεροσήραγγα	el
dc.subject	Αεροτομή με παχύ χείλος εκφυγής	el
dc.subject	Συσκευή ελέγχου ροής	el
dc.subject	Wind tunnel	en
dc.subject	Flatback airfoil	en
dc.subject	Flow control device	en
dc.subject	Pressure measurements	en
dc.title	Πειραματική μελέτη συσκευής ελέγχου ροής σε αεροτομή με παχύ χείλος εκφυγής	el
dc.contributor.department	Ρευστών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Experimental study of a flow control device on a flatback airfoil	en
heal.classification	Αεροδυναμική	el
heal.classification	Πειραματική ρευστομηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-07-03
heal.abstract	Στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε πειραματική μελέτη σε αεροσήραγγα με αντικείμενο μια νέα συσκευή ελέγχου ροής, η οποία φέρει την ονομασία «tabs», εφαρμοσμένη σε αεροτομή με παχύ χείλος εκφυγής. Οι αεροτομές με παχύ χείλος εκφυγής χρησιμοποιούνται κυρίως στο εσωτερικό τμήμα των πτερυγίων ανεμογεννητριών, όπου απαιτούνται μικρό βάρος και υψηλή δομική στιβαρότητα για την κατασκευή μεγάλων πτερυγίων. Ωστόσο, λόγω της αμβλείας γεωμετρίας τους, δημιουργούνται δίνες von Kármán που μειώνουν την πίεση βάσης, με συνέπεια την αύξηση του συντελεστή οπισθέλκουσας και των διακυμάνσεων των αεροδυναμικών φορτίων. Επιπλέον, το μεγάλο τους πάχος συνεπάγεται την παρουσία δυσμενών κλίσεων πίεσης και, κατά συνέπεια, έντονα φαινόμενα αποκόλλησης. Για την αντιμετώπιση αυτών των μειονεκτημάτων έχουν προταθεί διάφορες τεχνικές ελέγχου της ροής. Στο πλαίσιο της παρούσας μελέτης, εξετάζονται τα tabs —λεπτές ορθογώνιες πλάκες— που τοποθετήθηκαν κάθετα στη ροή, στην πλευρά υπερπίεσης του χείλους εκφυγής αεροτομής με σχετικό πάχος 43% και πάχος χείλους εκφυγής 8%. Πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις επιφανειακής πίεσης για αριθμό Reynolds ίσο με 1,5×10⁶, εξετάζοντας ευρύ φάσμα διατάξεων tabs με μεταβλητά γεωμετρικά χαρακτηριστικά (ύψος, πλάτος και διάκενο μεταξύ 2 διαδοχικών tabs) για διαφορετικές γωνίες προσβολής. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με την χρήση ταινιών ζικ-ζακ για τον ορισμό της μετάβασης του οριακού στρώματος κοντά στο χείλος προσβολής, με αποτέλεσμα να παρατηρείται αποκόλληση της ροής ακόμα και σε πολύ μικρές γωνίες προσβολής. Συνεπώς, η βελτίωση της αεροδυναμικής απόδοσης της αεροτομής λόγω των tabs ήταν οριακή. Η βέλτιστη διάταξη, αποτελούμενη από τα μικρότερα και πυκνότερα tabs (ύψος 4 mm, πλάτος 5 mm και διάκενο 40 mm), οδήγησε σε αύξηση του λόγου άνωσης προς οπισθέλκουσα κατά 12% στη γωνία προσβολής -2°. Η βελτίωση αυτή αποδίδεται εν μέρη στην αύξηση της πίεσης βάσης Cp,b κατά 23%, η οποία συνεπάγεται μείωση του συντελεστή οπισθέλκουσας. Ακόμη, παρατηρήθηκε αύξηση και του συντελεστή άνωσης στην γραμμική περιοχή της άνωσης. Επιπρόσθετα, παρατηρήθηκε μείωση στις διακυμάνσεις του συντελεστή οπισθέλκουσας σε όλο το φάσμα των γωνιών προσβολής. Η ανάλυση συχνοτήτων των χρονοσειρών της επιφανειακής πίεσης έδειξε αύξηση στη συχνότητα έκλυσης δινών και αντίστοιχα στον αριθμό Strouhal κατά 0,04, συνοδευόμενη από μείωση του μέγιστου πλάτους ταλαντώσεων.	el
heal.abstract	Διπλωματική εργασία – Χρήστος Ιάσονας Γρηγορόπουλος 9Ιούνιος 2025 Abstract An experimental study was conducted in a wind tunnel to evaluate a novel flow control device, referred to as “tabs,” applied to an airfoil with a thick trailing edge. Such airfoils are commonly used in the inboard sections of wind turbine blades, where low weight and high structural stiffness are essential for the design of large-scale rotors. However, due to their blunt geometry, they produce von Kármán vortices that reduce base pressure, thereby increasing the drag coefficient and inducing unsteady aerodynamic loads. Additionally, their thickness leads to adverse pressure gradients and significant flow separation. To mitigate these drawbacks, various flow control strategies have been proposed. In this study, tabs—thin rectangular plates—were installed perpendicularly to the flow on the pressure side of an airfoil with 43% relative thickness and 8% trailing edge thickness. Surface pressure measurements were performed at a Reynolds number of 1.5×10⁶ across a range of tab configurations, varying in width, height, and spacing between 2 consecutive tabs. The measurements were done with the use of zig-zag tapes in order to fix the transition of the boundary layer close to the leading edge, resulting in flow separation even in very small angles of attack. Consequently, the improvement of the aerodynamic performance of the airfoil thanks to the tabs was marginal. The optimal configuration, consisting of the smallest and most densely spaced tabs (4 mm height, 5 mm width, 40 mm spacing), resulted in an 11.9% increase in the lift-to-drag ratio at an angle of attack of -2°. This improvement was partly due to a 23.2% increase in base pressure Cp,b, which led to a reduction in drag. Moreover, the lift coefficient also increased in the linear lift region. Moreover, reduced fluctuations in the drag coefficient were observed across the entire angle-of-attack range. Frequency analysis of the surface pressure signals revealed an increase in vortex shedding frequency, corresponding to a 0.04 increase in the Strouhal number, along with a reduction in oscillation amplitude	en
heal.advisorName	Manolesos, Marinos
heal.committeeMemberName	Manopoulos, Christos
heal.committeeMemberName	Mpouris, Dimitris
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	111
heal.fullTextAvailability	false