به کارگیری عملگر فعال دمشی پایا و جت مصنوعی ناپایا در کنترل جدایی و واماندگی جریان روی بالواره

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 آیرودینامیک، هوافضا، صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک تهران)، تهران، ایران

2 صنعتی امیرکبیر*مهندسی هوافضا

چکیده

عملگرهای کنترل فعال جریان به شکل دمش پایا و جت مصنوعی برای بهبود شرایط جریان روی بالواره دارای واماندگی استاتیکی مورد استفاده قرار گرفتند. بهینه ‌سازی با استفاده از الگوریتم ژنتیک کوپل شده با شبکه عصبی برای یافتن نقطه بهینه عملکردی این دو نوع عملگر که به صورت مماس بر سطح بر روی بالواره با زاویه حمله 16 درجه و عدد رینولدز جریان بر اساس وتر بال برابر 60،000 قرار داده شده‌اند، صورت داده شد. مکان جایگذاری عملگر، عرض/ قطر دهانه خروجی عملگر، انرژی تزریقی به میدان جریان بوسیله عملگر و نیز فرکانس تحریک آن به عنوان متغیرهای اصلی بهینه‌سازی در نظر گرفته شدند. نتایج بدست آمده بهبود چشگمیری را در مقادیر مربوط به ضرایب برآ، پسا و کارایی بالواره با بهره‌گیری از هر دو عملگر کنترل کننده جریان نشان می‌داد. این بهبود با کاهش چشمگیر و حتی حذف کل ناحیه جدایی شکل گرفته روی بالواره همراه بود و پسای فشاری را بطور چشمگیری کاهش داده و افزایش ضریب برآ و کارایی کلی بالواره را در پی داشت. از سویی دیگر دیده شد که تحریک ناپایا میدان جریان با استفاده از جت مصنوعی ضمن کاهش مقدار مومنتوم تزریقی، بهبود بیشتری را در ضرایب آیرودینامیکی کارایی و پسای بالواره  به همراه دارد. همچنین خصوصیات میدان با حضور این دو عملگر فعال جریان بررسی و با حالت بدون کنترل مقایسه شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Implementation of Continuous Blowing and Synthetic Jet Actuators to Control the Flow Separation over a Fully Stalled Airfoil

نویسندگان [English]

  • Djavad Kamari 1
  • Mehran Tadjfar 2
1 Aerospace Engineering, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Tehran, Iran
2 Amirkabir
چکیده [English]

Continuous blowing and synthetic jet actuators were implemented to investigate their effects on a fully stalled airfoil. An opening tangential to the boundary layer configuration was installed over the suction surface of the Selig-Donovan airfoil at the angle of attack of 16° and Reynolds number of 60,000. An optimization analysis was carried out to look for the optimum operational design point. Genetic algorithm, artificial neural network, and computational fluid dynamic simulations were combined to perform the optimization. Inserting location, opening diameter, velocity amplitude, and synthetic jet frequency were considered as design variables. Results indicated a significant improvement in aerodynamic characteristics, performance, and lift and drag coefficients. Using unsteady actuation caused a better improvement in aerodynamic characteristics compared to the steady case and also led to a remarkable reduction in the applied momentum coefficient. Contours of different flow field parameters were depicted for both cases and their similarities and dissimilarities were identified. Moreover, the synthetic jet actuator displayed a lower increase in the friction coefficient than the continuous blowing actuator. Therefore, it showed a higher performance improvement in comparison with the continuous blowing jet.

کلیدواژه‌ها [English]

  • optimization
  • Active flow control
  • Synthetic Jet
  • Constant Blowing
  • genetic algorithm
[1] H.F. Müller-Vahl, C. Strangfeld, C.N. Nayeri, C.O. Paschereit, D. Greenblatt, Control of Thick Airfoil, Deep Dynamic Stall Using Steady Blowing, AIAA Journal, 53(2) (2015) 277-295.
[2] C. Chen, R. Seele, I. Wygnanski, Flow Control on a Thick Airfoil Using Suction Compared to Blowing, AIAA Journal, 51(6) (2013) 1462-1472.
[3] S.Z. S. M. Hosseini Baghdad Abadi, M. Rajabi Zargar Abadi, Numerical Investigation of the Effect of Coolant Injection Angle on the Pulsed Film Cooling Effectiveness of Square Wave Flow on Flat, Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, 52(64) (2018) 525-532.
[4] Y. Wang, P. Zhou, J. Yang, Parameters effect of pulsed-blowing over control surface, Aerospace Science and Technology, 58 (2016) 103-115.
[5] M.G. De Giorgi, C.G. De Luca, A. Ficarella, F. Marra, Comparison between synthetic jets and continuous jets for active flow control: Application on a NACA 0015 and a compressor stator cascade, Aerospace Science and Technology, 43 (2015) 256-280.
[6] S.H. Kim, C. Kim, Separation control on NACA23012 using synthetic jet, Aerospace Science and Technology, 13(4-5) (2009) 172-182.
[7] J.A. Ekaterinaris, Prediction of active flow control performance on airfoils and wings, Aerospace Science and Technology, 8(5) (2004) 401-410.
[8] M. Tadjfar, E. Asgari, Active Flow Control of Dynamic Stall by Means of Continuous Jet Flow at Reynolds Number of 1 × 106, Journal of Fluids Engineering, 140(1) (2018) 1-10.
[9] M. Tadjfar, E. Asgari, The Role of Frequency and Phase Difference Between the Flow and the Actuation Signal of a Tangential Synthetic Jet on Dynamic Stall Flow Control, Journal of Fluids Engineering, 140(11) (2018) 1-13.
[10] H. Esmaeili Monir, M. Tadjfar, A. Bakhtian, Tangential synthetic jets for separation control, Journal of Fluids and Structures, 45 (2014) 50-65.
[11] J. Yen, N.A. Ahmed, Parametric Study of Dynamic Stall Flow Field With Synthetic Jet Actuation, Journal of Fluids Engineering, 134(7) (2012) 1-8.
[12] O. Sahni, J. Wood, K.E. Jansen, M. Amitay, Three-dimensional interactions between a finite-span synthetic jet and a crossflow, Journal of Fluid Mechanics, 671 (2011) 254-287.
[13] A. Glezer, M. Amitay, Syntheticjets, Annual Review of Fluid Mechanics, 34(1) (2002) 503-529.
[14] R. Duvigneau, M. Visonneau, Simulation and optimization of stall control for an airfoil with a synthetic jet, Aerospace Science and Technology, 10(4) (2006) 279-287.
[15] R. Duvigneau, A. Hay, M. Visonneau, Optimal Location of a Synthetic Jet on an Airfoil for Stall Control, Journal of Fluids Engineering, 129(7) (2007) 825-833.
[16] D.J. Zhao, Y.K. Wang, W.W. Cao, P. Zhou, Optimization of Suction Control on an Airfoil Using Multi-island Genetic Algorithm, Procedia Engineering, 99 (2015) 696-702.
[17] Z.H. Han, K.S. Zhang, W.P. Song, Z.D. Qiao, Optimization of Active Flow Control over an Airfoil Using a Surrogate-Management Framework, Journal of Aircraft, 47(2) (2010) 603-612.
[18] K. Ekradi, A. Madadi, Performance improvement of a transonic centrifugal compressor impeller with splitter blade by three-dimensional optimization, Energy, 201 (2020) 1-13.
[19] R.B. Langtry, F.R. Menter, Correlation-Based Transition Modeling for Unstructured Parallelized Computational Fluid Dynamics Codes, AIAA Journal, 47(12) (2009) 2894-2906.
[20] F.R. Menter, R.B. Langtry, S.R. Likki, Y.B. Suzen, P.G. Huang, S. Völker, A Correlation-Based Transition Model Using Local Variables—Part I: Model Formulation, Journal of Turbomachinery, 128(3) (2006) 413-420.
[21] P. Catalano, R. Tognaccini, RANS analysis of the low-Reynolds number flow around the SD7003 airfoil, Aerospace Science and Technology, 15(8) (2011) 615-626.
[22] D. Selig, Fraser, Airfoils at low speeds, Princeton University Wind Tunnel Tests, 0 (1989) 1–408.
[23] M.S. Selig, J.J. Gaglielmo, A.P. Broeren, P. Giguere, Summery of Low-Speed Airfoil Data, Department of Aeronautical and Astronautical Engineering University of Illinois at Urbana-Champaign, 1 (1995) 1-315.