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Active separation control by multiple cooperative actuation
Blechschmidt, Markus
This thesis aims at reducing the impulse and the required mass flow needed in active separation control by pulsed actuation systems. The investigated strategy to achieve this is based on the cooperative action of multiple rows of actuators positioned downstream of each other. As shown by the analysis of PIV measurements in conjunction with pressure
measurements, the fluidic rows can be actuated such that the flow tructures (vortices) they produce are strengthened and stabilized by subsequent actuator rows while they propagate downstream. This strategy was applied to the reattachment of pressure induced separation
on a planar half diffuser with variable step angle. A maximum reduction of 67% in total actuation momentum could be achieved compared with a single row of actuators. The authority requirements on the single actuator can be reduced by 89% cµ , thus smaller and lighter actuation devices can be used to solve the flow control problem in future. A mass
flow reduction up to 21% can be achieved by using a non-optimized cooperative actuation system. In future, a saving of approximately 30% is estimated if the system parameters, e.g. the duty cycle or a control algorithm regarding to the propagation velocities of the vortices, are fine tuned further. It is shown that this system is suitable to reattach the flow with less resources and therefore it is worth the additional effort.
Diese Arbeit zielt darauf ab den Impuls und den Massenstrom eines gepulsten aktiven Systems zur Beeinflussung abgelöster Strömungen zu verringern. Um dieses Ziel zu erreichen wurden mehrere Reihen von Aktuatoren hintereinander in Strömungsrichtung angeordnet. Mit Hilfe von PIV und Druckmessungen kann gezeigt werden, dass die verantwortlichen Strömungsstrukturen stabilisiert und verstärkt werden. Dieses System wurde dann auf einen Halbdiffuser übertragen, bei dem der Stufenwinkel stufenlos eingestellt werden kann und somit eine Druck induzierte Ablösung erzeugt wird. Die kooperative Aktuatorik erreicht hier eine Reduzierung des gesamten Impulsbeiwertes von 67% und eine Reduzierung des Impulsbeiwertes beim Einzelaktuator von bis zu 89%. Damit lassen sich in Zukunft kompaktere und leichtere Aktuatoren verwenden oder verworfene Aktuator-Konzepte neu beleben. Der Massenstrom lässt sich mit einem nicht optimierten System um 21% reduzieren. Es wird angenommen, das bei einer weiteren Optimierung der Aktuatorparameter, wie z.B. der Pulsweite oder durch die Installation eines Algorithmus der den Phasenwinkel kontrolliert, bis zu ca. 30% eingespart werden können. Es wird gezeigt, dass mit dieser Art der Strömungsbeeinflussung die Anforderungen an den benötigten Massenstrom sowie an den Impulsbeiwert der Aktuatoren reduziert werden können. Mit den erbrachten Einsparungen lässt sich der höhere Systemaufwand insgesamt durchaus rechtfertigen.
