Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen Beeinflussung des Luftwiderstands durch Anregung mit Synthetic Jets an einem stumpfen Körper Haus der Technik 12. Tagung: Fahrzeug-Aerodynamik 5. - 6. Juli 2016 Autor Co-Autoren B. Bock N. Widdecke, T. Kuthada, J. Wiedemann Inhalt • Hintergrund • Fragestellung • Methode • Ergebnisse • Zusammenfassung Universität Stuttgart 05.07.2016 2 Hintergrund Die ebene Umströmung eines stumpfen Körpers h 𝑆𝑟 ∗ = 𝑓 ∙ ℎ + 2𝛿1 𝑢𝑠 Quelle: Roshko 1955. On the Wake and Drag of Bluff Bodies Kármánsche Wirbelstraße: • Interaktion Wirbelstrukturen der Scherschichten • Verursacht 60-80% des Luftwiderstands • Dynamik der Wirbel wird beschrieben durch Strouhalzahl Sr* Anregung der Wirbeldynamik mit Synthetic Jets um Luftwiderstand zu reduzieren Universität Stuttgart 05.07.2016 3 Hintergrund Anregung mit synthetischen Jets • Netto Null Massenstrom Anregung • Periodischer Wechsel zwischen Ansaugen und Ausblasen • Ausblasen ist der dominantere Vorgang • Gepulster Jet • Zeitlich gemittelt ergibt sich ein synthetischer Strahl • Beim Ausblasen wird ein Wirbelpaar erzeugt Universität Stuttgart 05.07.2016 4 Fragestellung Stumpfer Körper bei ebener Strömung mit synthetischen Jets + + Reh 40% 40% Dcp,b Dcp,b 0% 0% Reh (•) 23000 (◦) 35000 (x) 46000 (+) 58000 (*) 70000 - Anregefrequenz fa d1… …? Anregeamplitude ua Nach: Pastoor et al. 2008. Feedback Shear Layer Control for Bluff Body Drag Reduction Welche Rolle spielt die dicke der Grenzschicht an der Hinterkante? Universität Stuttgart 05.07.2016 5 Methode Versuchsaufbau Erhöhte Rauigkeit zur Veränderung der Grenzschicht u∞ Reynoldszahl: 𝑅𝑒ℎ = 5∙104 Drucksonden Veränderung des Basisdrucks: 𝑐𝑝𝑏,0 − 𝑐𝑝𝑏 ∆𝑐𝑝𝑏 = 𝑐𝑝𝑏,0 Lichtschnitt Universität Stuttgart 05.07.2016 6 Methode Anordnung der synthetischen Jets ua Definition der Frequenz relativ zur Wirbelablösefrequenz fw: 𝑓∗ = 𝑓 𝑓𝑤 ua Universität Stuttgart 05.07.2016 7 Sensitivität gegenüber Anregungsamplitude f*a ≈ 0.79 Für dickere Grenzschicht: Universität Stuttgart • Höhere Steigung Dcp,b zu ua • Höhere Basisdruckanhebung Dcp,b 05.07.2016 8 Einfluss der Anregefrequenz ua/u∞ = 1 Vorteilhafter Basisdruck wird erreicht bei: • 0.6 < f*a < 0.8 • 1.1 < f*a < 1.3 Universität Stuttgart 05.07.2016 9 y/h Einfluss der Anregung auf die Grenzschicht Universität Stuttgart 05.07.2016 10 Einfluss der Anregung auf Spektren des Basisdrucks d1/h = 1.4∙10-2 Spitze der Wirbelablösefrequenz ist durch die Anregung verschoben Universität Stuttgart 05.07.2016 11 Zusammenfassung der Ergebnisse Synthetische Jet Anregung an stumpfem Körper Basisdruck wird angehoben im Frequenzbereich: • 0.6 < f*a < 0.8 • 1.1 < f*a < 1.3 Für dickere Grenzschicht erhöht sich: • die Sensitivität auf Anregung • der maximale Basisdruck Einfluss von Anregung auf Grenzschicht: Universität Stuttgart • synthetischer Jet verändert Grenzschicht • Wirbelablösefrequenz hängt von Grenzschicht ab 05.07.2016 12 Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen Die Autoren bedanken sich bei der Friedrich-Elisabeth-Boysen-Stiftung für die finanzielle Unterstützung! Benjamin Bock E-Mail [email protected] Telefon +49 (0) 711 685-67616 Fax +49 (0) 711 685-60401 Universität Stuttgart Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen Pfaffenwaldring 12, D-70569 Stuttgart
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