Navier-Stokes Simulation of Harmonic Point Disturbances in an Airfoil Boundary Layer

Stemmer, Christian; Kloker, Markus J.; Wagner, Siegfried

doi:10.2514/2.1136

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“…Such a region is used to damp out disturbances to the basic flow and is sometimes called a relaminarisation region. The method has also been used very satisfactorily in other flows; see Stemmer et al [28] and Bake et al [29] for example. For the present problem the concept of a buffer region translates into setting…”

Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

Thermal receptivity of free convective flow from a heated vertical surface: Linear waves

Paul

Rees

Wilson

2008

International Journal of Thermal Sciences

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Numerical techniques are used to study the receptivity to small-amplitude thermal disturbances of the boundary layer flow of air which is induced by a heated vertical flat plate. The fully elliptic nonlinear, time-dependent NavierStokes and energy equations are first solved to determine the steady state boundary-layer flow, while a linearised version of the same code is used to determine the stability characteristics. In particular we investigate (i) the ultimate fate of a localised thermal disturbance placed in the region near the leading edge and (ii) the effect of small-scale surface temperature oscillations as means of understanding the stability characteristics of the boundary layer. We show that there is a favoured frequency of excitation for the time-periodic disturbance which maximises the local response in terms of the local rate of heat transfer. However the magnitude of the favoured frequency depends on precisely how far from the leading edge the local response is measured. We also find that the instability is advective in nature and that the response of the boundary layer consists of a starting transient which eventually leaves the computational domain, leaving behind the large-time time-periodic asymptotic state. Our detailed numerical results are compared with those obtained using parallel flow theory.

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Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

Thermal receptivity of free convective flow from a heated vertical surface: Linear waves

Paul

Rees

Wilson

2008

International Journal of Thermal Sciences

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“…As equações do modelo são as equações de Navier-Stokes para escoamentos incompressíveis, Pode-se relacionar as variáveis dimensionais e adimensionais, em coordenadas cartesianas, através das seguintes relações: (Fasel et al, 1990;Rist e Fasel, 1995;Kloker, 1998;Stemmer et al, 2000;Bonfigli, 2005;Wassermann e Kloker, 2005). A componente adimensional de vorticidade em cada direção pode ser escrita como:…”

Section: Equações Do Modelounclassified

“…Para a simulação do escoamento base, o código é executado até atingir o estado estacionário, ou seja, até que o máximo da diferença entre os valores de vorticidade entre dois passos de tempo consecutivos seja menor que uma tolerância ε prescrita. No presente trabalho adotou-se ε = 10 −9 (Stemmer, 2001).…”

Section: Escoamento Baseunclassified

“…Hartree β H para a equação de Falkner-Skan. Com o auxílio do parâmetro β H , uma solução de similaridade é calculada como solução inicial, para acelerar a convergência (Stemmer, 2001).…”

Section: Condições De Contorno Para O Escoamento Baseunclassified

“…Apesar do número de onda longitudinal mudar à medida que as ondas se propagam no escoamento, a adoção de um número de ondaα constante para este contorno não tem influência considerável nos resultados obtidos (Meitz e Fasel, 2000;Stemmer, 2001).…”

Section: Condições De Contorno Para O Escoamento Tridimensionalunclassified

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Simulação numérica direta de escoamento transicional sobre uma superfície contendo rugosidade

Petri¹

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Dedico às pessoas que mais amo na vida: minha família. AgradecimentosA Deus por esta oportunidade.A minha família que está sempre presente em minha vida.Ao professor Leandro Franco de Souza pela orientação, apoio e paciência.A Benjamin Plogmann, Werner Würz e Markus Kloker pelas colaborações.Aos meus amigos, em especial, os companheiros do LMACC, que compartilharam os momentos de alegrias e dificuldades durante este período.A FAPESP pelo apoio financeiro fornecido através das bolsas de estudos.Ao ICMC -USP pela oportunidade de qualificação e crescimento científico. E finalmente a todos que contribuíram para a realização deste trabalho. i ii Resumo Em diversos escoamentos sobre superfícies há a presença de protuberâncias, como por exemplo rebites, parafusos e juntas. Estas protuberâncias podem influenciar a camada limite, acelerando a transição do escoamento do estado laminar para o estado turbulento. Em alguns casos isto pode ser indesejável, já que o escoamento turbulento implica necessariamente em uma força de atrito maior do que aquela referente ao escoamento laminar. Existem alguns aspectos neste tipo de escoamento que ainda não estão bem compreendidos. O objetivo deste trabalho é estudar a influência de uma rugosidade isolada no escoamento sobre uma superfície. Este estudo contribui para se entender o que ocorre em casos de maior complexidade. O estudo é de natureza computacional, em que se utiliza simulação numérica direta das equações de Navier-Stokes. A técnica de fronteiras imersas é utilizada para representar a rugosidade no escoamento sobre a superfície. O código numérico é verificado por meio do método de soluções manufaturadas. Comparações entre resultados experimentais, da teoria de estabilidade linear e numéricos também são utilizados para a validação do código. Resultados obtidos com diferentes alturas de rugosidade e variações no gradiente de pressão permitiram analisar a influência de elemento rugoso tridimensional em escoamentos de camada limite. Palavras-chave: métodos de alta ordem, transição laminar-turbulenta em camada limite, simulação numérica direta, método de fronteiras imersas, computação paralela. iii iv Abstract The presence of protuberances on surfaces, for example, rivets, screws and gaskets, can influence the boundary layer by accelerating the transition from laminar flow to turbulent flow. In some cases this may be undesirable, since the turbulent flow involves frictional forces greater than the ones at the laminar regime. There are some aspects of the flow in the boundary layer perturbed by a single roughness element that are not well understood. The aim of this work is to study the influence of an isolated roughness on the boundary layer. This study is a step towards to the understanding of what can happen in more complex cases. The nature of this study is computational, therefore a Direct Numerical Simulation code is used. The immersed boundary method is used to represent the roughness in the flow on the surface. The numerical code is verified via the Method of Manufactured So...

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Experimental Study of Resonant Interactions of Instabilitywaves in an Airfoil Boundary Layer

Sartorius

Würz

Ries

et al.

Fluid Mechanics and Its Applications

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The present paper is devoted to the detailed experimental study of weakly nonlinear resonant interactions of Tollmien-Schlichting waves in a specially designed 2D non self-similar boundary layer on an airfoil. The influence of the fundamental frequency on the efficiency of the tuned subharmonic resonance is investigated as well as the influence of frequency and spanwise wavenumber detunings. The results are compared with Direct Numerical Simulations based on a vorticity-velocity formulation of the complete Navier-Stokes equations. Good overall agreement is achieved.

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Navier-Stokes Simulation of Harmonic Point Disturbances in an Airfoil Boundary Layer

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Thermal receptivity of free convective flow from a heated vertical surface: Linear waves

Thermal receptivity of free convective flow from a heated vertical surface: Linear waves

Simulação numérica direta de escoamento transicional sobre uma superfície contendo rugosidade

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