Effects of flow control on flow past bluff bodies

Abstract

The aim of this Ph.D. thesis, "Effects of flow control on flow past bluff bodies" is to study and analyzes the effects of Flow Control on various aspects and proverbs of flow past bluff bodies. Flow control techniques are presently researched and studied across the world to gauge their effectiveness in altering flow properties and patterns in different flow scenarios. The inspiration for the present work is derived from automobile industry, as analyzing the flow over backward step and inclined step shall help in understanding the characteristics of the rear vehicle wake. Since a considerable percentage of the energy needed to propel the vehicle is dissipated by the vorticity generated in the rear of the vehicle, hence it is of utmost importance to understand the properties of the wake. In the present study various possibilities were explored for application and examine effectiveness of active flow control techniques in bluff bodies to increase the aerodynamic efficiency. The primary aim of the study is to reduce the drag acting on bluff bodies by determining an effective active flow control technique and configuration.
 Two different kinds of Active Flow Control techniques have been used in this thesis namely, "Zero Net Mass Flow Actuator" and "Fluidic Actuator". The characteristics of laminar and turbulent boundary layer were analyzed and the effectiveness of flow control in delaying the detachment of the boundary layer was analyzed. Numerical simulation programs were developed in C language for simulating various cases in the thesis and a 3D LES turbulence modeling finite volume code was developed using Smagorinsky-Lilly model in C language for the simulating the flow over backward step in turbulence regime. All the numerical simulation codas were validated with previous research works. The thesis is divided into five chapters analyzing flow over square cylinder, backward step and inclined step geometries in 2D and 3D in laminar and turbulent regimes L'objectiu de aquesta tesi doctoral, "Effects offlow control on flow past bluff bodies", és estudiar i analitzar els efectes del control de flux sobre diferents aspectes del flux al voltant de cossos genèrics, Bluff bodies. Les tècniques de control de flux estan en la actualitat sota recerca a nivell mundial, doncs és necessari estudiar l'efectivitat del flux aportat sobre les propietats i els patrons vermiculars del corrent de flux principal. El present treball està inspirat en la indústria del automòbil, així l’anàlisi del flux sobre un esgraó o be una superfície inclinada, ha de permetre entendre les característiques de l'estela de flux a la part del darrera de un vehicle automòbil. Aquest estudi es especialment rellevant quan es considera que una quantitat important de l'energia necessària per desplaçar un vehicle es dissipa gràcies a les estructures vorticulars formades a la part de darrera del vehicle. En aquesta tesi s'han examinat diverses possibilitats de aplicació de les tècniques de control actiu de flux per millorar la efectivitat a l'hora de incrementar la eficiència aerodinàmica sobre cossos genèrics, Bluff bodies. La finalitat bàsica de aquest estudi, és reduir les forces de arrossegament sobre cossos genèrics, gràcies a la determinació de la tècnica de control de fluid més efectiva i la seva implementació pràctica. Dues tècniques diferents de control actiu de fluid han sigut avaluades en aquesta tesi, la definida per un actuador amb flux net nul, "Zero Not Mass Flow Actuator", i la definida per la utilització de un actuador amb un flux net positiu, o be actuador fluídic, "Fluidic Actuator". Les característiques de la capa límit laminar i turbulenta han sigut analitzades així com la efectivitat del control de flux respecte el desplaçament aigües avall del despreniment de la capa límit. Tots els programes utilitzats per toles les simulacions numèriques han sigut creats per el autor de la tesi en llenguatge C, per el que fa referència a les simulacions tridimensionals en règim turbulent, el model de turbulència LES implementat