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Main Title: Widerstandsreduktion durch laminare Strömungskontrolle: Direkte und bionische Verfahren
Translated Title: Drag reduction through laminar flow control: direct and bionic methods
Author(s): Goldin, Nikolas
Advisor(s): King, Rudibert
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Für diverse Anwendungen ist die Verringerung des Strömungswiderstandes eines Körpers wünschenswert. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht in der möglichst langen Laminarhaltung der Umströmung, was nicht nur durch die Formgebung des Körpers, sondern auch durch aktive Strömungsbeeinflussung möglich ist. Die aktive Laminarhaltung einer Strömung kann bei bestimmten Anwendungen durch die Dämpfung von instabilen Störungen, den Tollmien-Schlichting(TS)-Wellen, erzielt werden. Hierzu muss durch die Aktuatorik eine geeignete Gegenwelle erzeugt werden, welche sich zusammen mit der natürlichen TS-Welle durch negative Superposition auslöscht. Diese Methode wird im Rahmen dieser Arbeit als "direkte Dämpfung" bezeichnet. Eine weiterer Mechanismus zur Dämpfung von TS-Wellen wird durch die Verwendung von nachgiebigen Oberflächen ausgenutzt. Die Interaktion von Fluid und Körperwand kann hierbei zur Dämpfung der TS-Wellen führen. Inspiriert wurde diese Methode durch ein Vorbild aus der Natur - dem Delfin. Da dieser jedoch eine Vielzahl von physikalischen Effekten zur Verringerung seines Strömungswiderstandes verwendet, ist a priori nicht klar, wie groß der Beitrag seiner nachgiebigen Haut ist. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene regelungstechnische Methoden zur direkten Dämpfung von TS-Wellen verwendet. Zudem wurde ein Verfahren zur Ansteuerung eines aktiv auslenkbaren Wandsegmentes entwickelt, welches es gestattet, im Experiment den Einfluss verschiedener Wandnachgiebigkeiten zu testen. Das Wandsegment wurde mit verschiedenen Aktuatorkonfigurationen betrieben, darunter Anordnungen zur Dämpfung von zweidimensionalen wie auch dreidimensionalen TS-Wellen.
A body in a fluid flow is subjected to friction drag. Reducing this drag is desirable in many applications. One possibility of achieving a low friction drag is keeping the body’s boundary-layer laminar for a bigger part of the surface. This is not only possible through the shaping of the body, but also through active flow control. For some applications, active laminarisation of a flow can be achieved by the damping of Tollmien-Schlichting (TS) waves, unstable disturbances in the flow which are the main route for the transition to turbulence. For this, a counter-wave needs to be generated, which dampens the TS wave by negative superposition. This will be referred to as the "direct method". A different mechanism for the damping of TS waves is the use of compliant surfaces. The interaction of fluid and surface can dampen the waves. This method is inspired by a role model form nature - the dolphin. However, as the dolphin utilizes multiple methods of drag reduction, it is unclear how big a difference its compliant skin makes. During the course of this work, different methods were used to directly dampen TS waves. Additionally, a method for the control of an actively displaceable wall segment was designed. This allows the testing of different wall compliances in experiments without having to modify the test setup’s hardware. The wall segment was driven by different actuator configurations, including configurations for the damping of oblique TS waves.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-38747
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/3819
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3522
Exam Date: 12-Feb-2013
Issue Date: 1-Mar-2013
Date Available: 1-Mar-2013
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Bionik
Laminarhaltung
Regelungstechnik
Strömungsregelung
Bionics
Control theory
Flow control
Laminar flow control
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/de/
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