Πειραματική μελέτη (μέσω stereo PIV) τρισδιάστατου πεδίου ροής απότομης διεύρυνσης ελεγχόμενου από παλλόμενες δέσμες αέρα

Abstract

Στην παρούσα εργασία γίνεται μελέτη της ροής κατάντη ανάποδου σκαλοπατιού ύψους h = 41mm (ER = 1.22, AR = 10.2, Reh ≈ 10500) σε συνθήκες ελεύθερης ροής, καθώς και ροής διεγερμένης από συνεχείς και παλλόμενες δέσμες 2 και 10 Hz, εξερχόμενες από το σκαλοπάτι. Για το σκοπό αυτό έγιναν μετρήσεις σε αεροδυναμική σήραγγα, με τη χρήση της μεθόδου Stereo-PIV. Σε όλες τις περιπτώσεις μελετήθηκαν οι τρεις συνιστώσες της ταχύτητας σε επίπεδα κάθετα στη ροή, σε απο- στάσεις 0.25, 0.5, 0.75 και 1h, ενώ στις περιπτώσεις παλλόμενων δε- σμών μελετήθηκαν οι χρονικές στιγμές 20, 35, 45, 65 και 85 ms μετά την εντολή για άνοιγμα των οπών των δεσμών. Αναλύθηκε η συμπερι- φορά τριών δεσμών και της περιοχής ανακυκλοφορίας βάσει των μέ- σων πεδίων ταχυτήτων, αλλά και των στιγμιοτύπων, μέσω της μεθόδου POD. Oι δέσμες παρουσίασαν μεγαλύτερη διάχυση από τη συναντώ- μενη στη βιβλιογραφία, μη αξονοσυμμετρική μορφή και ανομοιόμορφα χαρακτηριστικά. Στις περιπτώσεις με παλλόμενη διέγερση η ροή ήταν κατα βάση αξονοσυμμετρική, ενώ στη συνεχή διέγερση η ροή έχανε την αξονοσυμμετρία της και παρουσίαζε τρισδιάστατα χαρακτηριστικά. Το μέσο ύψος της περιοχής ανακυκλοφορίας εμφάνιζε μείωση της τάξης του 15% στις περιπτώσεις που η ροή διεγειρόταν από παλλόμενες δέ- σμες με συχνότητα 10Hz και από συνεχείς δέσμες, σε σχέση με την ελεύθερη ροή. Αντίθετα, η συχνότητα διέγερσης των 2Hz είχε μειωμένη επίδραση στο μέσο ύψος της περιοχής ανακυκλοφορίας. Αυτό γινόταν πιο εμφανές μετά την κατάντη απόσταση 0.75h, όπου το ύψος έπαιρνε τιμές παρόμοιες με αυτές στην περίπτωση χωρίς διέγερση.

This Diploma Thesis examines experimentally the flow over a backward facing step h = 41mm (ER = 1.22, AR = 10.2, Reh ≈ 10500) under different cases: unforced and forced flow excited from pulsating jets of 2 and 10 Hz, and steady jets. Stereo-PIV measurements of the 3-D velocity field where carried out in planes perpendicular to the flow, in longitudinal distances of 0.25, 0.5, 0.75 and 1h. The bahaviour of the jets and the recirculation region was analysed in all cases, using ensable averaging and POD analysis of the snapshots. The jets presented high diffusion, non-axisymmetric shape and non-uniform characteristics. The flow was 3-D in the case of steady excitation, influenced by the jets. In all other cases the flow retained its axisymmetry. There was a decrease of about 15% of the mean height of the recirculation zone in the cases of pulsating excitation of 10 Hz and steady excitation compared to the unforced case. On the contrary, the puslating frequency of 2 Hz had poorer influence on the height of the recirculation zone. This was more obvious after the longitudinal distance of 0.75h, where the height of the recirculation zone had similar values to that of the unforced case.