Vortex Generation, Experimental Characterization, and Application in Turbulent Flows

This chapter is focused on vortex detection, generation, and characterization. There are many ways to generate and characterize vortex; this chapter is focused on two techniques to generate a vortex, with fixed surface, often called vortex generators (VG), and with blowing air. Vortex detection is one of the major problems in fluid dynamics and usually some characteristics of the vortex must be known in order to detect them; once, the vortex is detected, a velocity analysis is helpful to characterize it. Most characterization techniques involves the comparison of some known properties of vortex, such as velocity field, vorticity field or tensor, turbulence intensity, etc. The technique to be used to characterize a vortex is closely related to the data that one possesses. In measuring methods such as particle image velocimetry (PIV), there are algorithms that can easily detect size and vortex centers, relaying in velocity and vorticity. This chapter focuses on detection by analyzing velocity signals, via wavelet transform and statistical properties. When it is not possible to characterize a vortex because it does not have a coherent structure, another approach must be used such as defining turbulence intensities and zone of influence of the vorticose structure

Procedimiento para la determinación experimental de las frecuencias y modos acústicos de un tubo

En varios campos de la ingeniería, resulta necesario realizar ensayos que caractericen o nos muestren el estado de un sistema ante perturbaciones originadas por ruido. Sistemas como aerogeneradores, provocan ruidos molestos de origen aerodinámico. Las ranuras que se generan en puertas y ventanas de aeronaves y hasta vehículos terrestres generan ruidos molestos. Desde el punto de vista del control de flujo, caracterizar y controlar ondas de presión mediante técnicas acústicas es un tema actual de análisis y estudio. Caracterizar un sistema acústico significa determinar las respuestas que generan las ondas de presiones en un sistema dado ante diferentes perturbaciones. En este trabajo se plantea la caracterización experimental de la dinámica acústica de un tubo para comparar luego con las respuestas dinámicas obtenidas de manera teórica. Los modos acústicos en un tubo se pueden clasificar en longitudinales, radiales y tangenciales. Además pueden hacerse presente combinaciones de los distintos modos. Estos modos están asociados a inestabilidades a altas frecuencias como suele ocurrir en cámaras de combustión de motores cohetes debido al acoplamiento del proceso de combustión y la acústica de la cámara.Este fenómeno impacta de manera nociva sobre la estructura del sistema dado que produce un incremento en los niveles vibratorios. Por lo dicho es deseable detectar los modos acústicos de la cámara para poder estimar en que niveles de frecuencia ocurrirán las inestabilidades. La estimación de estas frecuencias puede llevarse a cabo en forma experimental y, además, en forma teórica lo que permite verificar resultados a la hora de elaborar conclusiones. Tener conocimiento de cuándo ocurrirán las inestabilidades permitiría emplear medidas para evitar o reducir al mínimo las mismas. Cambiando algunos parámetros en la cámara de combustión, se puede obtener un diseño menos susceptible a este tipo de inestabilidades. Además, dispositivos pasivos para la atenuación del ruido acústico, como resonadores de Helmholtz, revestimientos y filtros de ondas pueden ser introducidos en la cámara de combustión.Sección: Ingeniería Aeronáutica.Facultad de Ingeniería (FI

Estudio experimental del efecto de generadores de vórtices móviles como sistema de control pasivo y activo de flujo

El creciente interés en el uso de vehículos aéreos no tripulados en sus diferentes configuraciones ha generado una importante demanda en el sector aeroespacial. Este tipo de vehículo realiza una gran variedad de tareas como son la vigilancia del territorio, monitoreo, observación etc. De acuerdo con sus requerimientos, son de diversos tamaños y prestaciones, desde pequeños drones miniaturas hasta vehículos no tripulados de carga o uso militar de altas prestaciones. Se los suele clasificar de acuerdo con la capacidad de carga de instrumental y de sus capacidades operacionales como ser alturas de vuelo, velocidades, etc. En la actualidad, con los avances en nuevos materiales, tecnologías de la comunicación y la miniaturización de dispositivos, se ha comenzado a investigar- fuertemente la aplicabilidad de pequeños aparatos de vuelo no tripulados con el objetivo de realizar variadas tareas, en reemplazo de aeronaves de mayor costo de operación y con las mismas capacidades de funcionamiento.Facultad de IngenieríaLaboratorio de Capa Límite y Fluidodinámica Ambienta

Caracterización de la estela de un generador de vórtices de tipo aleta inmerso en un flujo turbulento

El presente trabajo se encuentra orientado en la rama del control de flujo (CF). Siendo una de las principales preocupaciones actuales el ahorro energético, resulta natural que la eficiencia sea una constante a la hora del diseño de cualquier sistema ingenieril. Dentro del campo fluidodinámico la noción de eficiencia nos lleva irremediablemente a la necesidad de un sistema de CF, este sistema puede tener distintos objetivos, uno de los más usuales y conocidos es el control de la capa limite, dado que los desprendimientos de esta resultan ser los principales causante de aumentos en la resistencia y por ende disminución en la eficiencia. Uno de los sistemas más simples de CF consta de pequeñas superficies fijas instaladas sobre el cuerpo en movimiento que modifican las características del flujo en sus inmediaciones, esta técnica pasiva de CF se denomina CF por Generadores de Vórtices (VG). En este trabajo nos encargaremos de caracterizar la estela de un VG del tipo aleta a distintos ángulos de ataque y números de Reynolds, con el objetivo de poder determinar para cada caso, una zona de influencia del mismo, como también las características turbulentas de la estela, ya que estas son las que al energizar la capa limite logran que el desprendimiento de la misma se retrase. La caracterización se realizó mediante mediciones de velocidad con un equipo de anemometría de hilo caliente, para distintos planos detrás del VG, estos planos constaron de grillas de puntos, en los cuales se realizan las mediciones. Para lograr caracterizar la estela, se procesaron las mediciones de velocidad, obteniéndose de las mismas las escalas características de la turbulencia, la energía total y su distribución en frecuencia, también se analizaron las componentes medias de la velocidad, con el objeto de obtener una idea visual del campo de flujo. A partir de estos resultados y con un criterio comparativo de por medio se obtuvo la zona de influencia del VG, y el aumento cualitativo de los parámetros característicos de la turbulencia debido a el.Facultad de IngenieríaConsejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnica

Comportamiento aerodinámico de perfiles de bajo Reynolds inmersos en flujo turbulento dotados de sistema de control activo de flujo

En los últimos años se ha generado un gran interés en el desarrollo de en diseños de alas para vehículos UAV, MAV como también el desarrollo de perfiles para palas de aerogeneradores. Todos estos dispositivos tiene en común, que es la operación dentro de la baja capa límite turbulenta. Para que estos dispositivos resulten útiles es necesario que los mismos operen en altas eficiencias aerodinámicas, debido a que esta última es muy susceptible a perturbaciones externas tales como suciedad, cambios en ángulos de ataque, turbulencia, etc.. Es necesaria la utilización de sistemas de control de flujo que sean capaces de eliminar o disminuir el efecto de dichas perturbaciones. Por dicho motivo se desea estudiar el flujo en diferentes configuraciones aerodinámicas en distintos perfiles, con sistemas de control de flujo activo/pasivos en el intrados y/o extrados del perfil para determinar que configuración resulta más eficiente. Por lo tanto el objetivo general de este trabajo consiste en estudiar analítica y experimentalmente modelos de alas con diferentes dispositivos de control pasivo/activo de flujo en diferentes condiciones de operación y de flujos turbulentos incidentes de bajo número de Reynolds. Caracterizar aerodinámicamente los modelos en estudio y cuantificar la influencia sobre la performance de los mismos.Universidad Nacional de La Plat

Comportamiento aerodinámico de perfiles de bajo Reynolds inmersos en flujo turbulento dotados de sistema de control activo de flujo

En los últimos años se ha generado un gran interés en el desarrollo de en diseños de alas para vehículos UAV, MAV como también el desarrollo de perfiles para palas de aerogeneradores. Todos estos dispositivos tiene en común, que es la operación dentro de la baja capa límite turbulenta. Para que estos dispositivos resulten útiles es necesario que los mismos operen en altas eficiencias aerodinámicas, debido a que esta última es muy susceptible a perturbaciones externas tales como suciedad, cambios en ángulos de ataque, turbulencia, etc.. Es necesaria la utilización de sistemas de control de flujo que sean capaces de eliminar o disminuir el efecto de dichas perturbaciones. Por dicho motivo se desea estudiar el flujo en diferentes configuraciones aerodinámicas en distintos perfiles, con sistemas de control de flujo activo/pasivos en el intrados y/o extrados del perfil para determinar que configuración resulta más eficiente. Por lo tanto el objetivo general de este trabajo consiste en estudiar analítica y experimentalmente modelos de alas con diferentes dispositivos de control pasivo/activo de flujo en diferentes condiciones de operación y de flujos turbulentos incidentes de bajo número de Reynolds. Caracterizar aerodinámicamente los modelos en estudio y cuantificar la influencia sobre la performance de los mismos.Universidad Nacional de La Plat

Control activo de flujo sobre perfiles aerodinámicos mediante generadores de vórtices

Nos proponemos como objetivo general el estudio y caracterización de un generador de vórtices y el impacto que tiene este sobre un perfil aerodinámico. Como objetivos específicos se estudiará el comportamiento fluidodinámico de estos dispositivos de manera de entender su mecanismo de funcionamiento. La interacción de los vórtices generados sobre la capa límite y cuál es el efecto de estos dispositivos como elemento pasivos y activos de control de flujo sobre las cargas resultantes.Facultad de Ingenierí

Caracterización del flujo en la estela de un perfil en condición de pérdida con sistemas de control de flujo

El estudio de los mecanismos de entrada en perdida tanto dinámica como cuasi estática se viene desarrollando desde hace tiempo, aunque hasta el día de hoy no se encuentra una solución determinada para este tipo de fenómenos no estacionarios. En particular para perfiles de bajo número de Reynolds el mecanismo de separación depende fundamentalmente del flujo incidente, del espesor del perfil y de la geometría del borde de ataque del mismo. Cuando la entrada en pérdida se produce al generarse un cambio brusco en el ángulo de ataque, el fenómeno es diferente a la condición de perdida estática, encontrándose estructuras turbulentas de diferente escala e intensidad sobre el extradós del modelo y en la estela del mismo. Si se produce un aleteo del modelo a una determinada frecuencia estas configuraciones fluidodinámicas cambian constantemente modificando las características del modelo instante a instante. Estas configuraciones se modifican más aun introduciendo cambios debidos a dispositivos de control de flujo como son flaps, spoiler, turbuladores, etc. El flujo desprendido del extradós en estas condiciones será diferente al que adoptaría sin contar con estos elementos de control. El presente trabajo tiene como objetivo cuantificar el flujo en la estela del extradós de un modelo en perdida con sistemas de control de flujo activo, mediante el uso de un mini flap gurney.Facultad de Ingenierí

Analytical and experimental study of flutter phenomena at low numbers of reynolds

En el presente trabajo se analiza experimentalmente el fenómenoaeroelástico denominado fluttersobre diferentes superficies sustentadoras con el objetivo de generar herramientas para la medición de fenómenosaeroelásticos en túnel de viento. Para ello se estudiaron 3 placas planas con diferentes rigidices y dos alas sin comandos en un túnelaerodinámico, con el objetivo de obtener la frecuencia de movimiento y la velocidad de ocurrencia. La velocidad de ocurrencia se determinó mediante la utilización de anemómetros y la frecuencia de movimiento mediante filmaciones de alta velocidad y software de seguimiento de imágenes. La combinación de esta herramienta junto con la técnica de balanza de alta frecuencia y la medición de presiones instantáneas a elevadas frecuencias de muestreo nos permite completar los estudios de acoplamiento aero-estructurales de aquellas estructuras donde el modelo de cuerpo rígido no es suficiente y/o adecuado.In the present work, the fl anteroelectric phenomena called flutter on different supporting surfaces is experimentally analyzed in order to generate tools for the measurement of wind tunneling phenomena. To do this, 3 flat plates with different rigidices and two wings without commands were studied in a dynamic tunnel, with the aim of obtaining the frequency of movement and the speed of occurrence. The speed of occurrence was determined by the use of anemometers and the frequency of movement by means of high-speed filming and image tracking software. The combination of this tool together with the technique of high frequency balance and the measurement of instantaneous pressures at high sampling frequencies allows us to complete the studies of aero-structural coupling of those structures where the rigid body model is not enough and / or suitable.Laboratorio de Capa Límite y Fluidodinámica Ambienta

Caracterización del flujo en la estela de un perfil en condición de pérdida con sistemas de control de flujo

El estudio de los mecanismos de entrada en perdida tanto dinámica como cuasi estática se viene desarrollando desde hace tiempo, aunque hasta el día de hoy no se encuentra una solución determinada para este tipo de fenómenos no estacionarios. En particular para perfiles de bajo número de Reynolds el mecanismo de separación depende fundamentalmente del flujo incidente, del espesor del perfil y de la geometría del borde de ataque del mismo. Cuando la entrada en pérdida se produce al generarse un cambio brusco en el ángulo de ataque, el fenómeno es diferente a la condición de perdida estática, encontrándose estructuras turbulentas de diferente escala e intensidad sobre el extradós del modelo y en la estela del mismo. Si se produce un aleteo del modelo a una determinada frecuencia estas configuraciones fluidodinámicas cambian constantemente modificando las características del modelo instante a instante. Estas configuraciones se modifican más aun introduciendo cambios debidos a dispositivos de control de flujo como son flaps, spoiler, turbuladores, etc. El flujo desprendido del extradós en estas condiciones será diferente al que adoptaría sin contar con estos elementos de control. El presente trabajo tiene como objetivo cuantificar el flujo en la estela del extradós de un modelo en perdida con sistemas de control de flujo activo, mediante el uso de un mini flap gurney.Facultad de Ingenierí