Stochastic algorithms applied to vortex detections in turbulent flow (Part I)

The need to establish the downwind fluid dynamic field of aerodynamic bodies subjected to a givenvelocity field is well known, to verify their specific aerodynamic characteristics and therefore their efficiency. In this context, different techniques allow us to establish the characteristics of the field, on the one hand, visualizations, which define the qualitative characteristics of it, but it is almost always necessary to carry out quantitative determinations to describe the field correctly, particularly when the field is made up of turbulent wakes, characteristic of aerodynamic bodies under extreme operating conditions. In this sense, in the experimental field and for the definition of the turbulent flow field, it is common to use hot-wire anemometry techniques, which have great capabilities to quantify high-frequency events. Previous work has analysed the determination of changes in hot-wire anemometry signals for the detection of events in turbulent flows with different models, based on numerical algorithms, for the determination of change points (CPM - Change PointModel). The results obtained have shown agreement with conventional methodologies used for thedetermination of turbulent flow characteristics. The present work aims to compare the results obtained previously with the application of new CPM models developed in recent years. Previously applied and evaluated measurements are used, the implementation of the new models is carried out and the results are compared. All the algorithms used can detect changes in data that do not have a known distribution, i.e. non-parametric distributions, which are typical for turbulent flow field signals. The evaluation of measurement signals based on hot-wire anemometry is performed, considering measurements of the fluctuating components of the wind tunnel velocity at a specific point. The signals used correspond to periodic detachments downstream of a flow controldevice (Gurney mini-flap) at the trailing edge of an airfoil. In this way, the determination and characterization of vortices of different types is sought, to validate the different results obtained. The results show which are the best models to use for the experimental detection of such turbulent events in the flow field. These is the first approximation to the evaluation of the complete measurement with different arrange of the mini-flaps, in this case only for the static one.Fil: Marañon Di Leo, Julio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; ArgentinaFil: Calandra, Maria Valeria. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Delnero, Juan Sebastian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; Argentin

Stochastic algorithms applied to vortex detections in turbulent flow (Part I)

The need to establish the downwind fluid dynamic field of aerodynamic bodies subjected to a givenvelocity field is well known, to verify their specific aerodynamic characteristics and therefore their efficiency. In this context, different techniques allow us to establish the characteristics of the field, on the one hand, visualizations, which define the qualitative characteristics of it, but it is almost always necessary to carry out quantitative determinations to describe the field correctly, particularly when the field is made up of turbulent wakes, characteristic of aerodynamic bodies under extreme operating conditions. In this sense, in the experimental field and for the definition of the turbulent flow field, it is common to use hot-wire anemometry techniques, which have great capabilities to quantify high-frequency events. Previous work has analysed the determination of changes in hot-wire anemometry signals for the detection of events in turbulent flows with different models, based on numerical algorithms, for the determination of change points (CPM - Change PointModel). The results obtained have shown agreement with conventional methodologies used for thedetermination of turbulent flow characteristics. The present work aims to compare the results obtained previously with the application of new CPM models developed in recent years. Previously applied and evaluated measurements are used, the implementation of the new models is carried out and the results are compared. All the algorithms used can detect changes in data that do not have a known distribution, i.e. non-parametric distributions, which are typical for turbulent flow field signals. The evaluation of measurement signals based on hot-wire anemometry is performed, considering measurements of the fluctuating components of the wind tunnel velocity at a specific point. The signals used correspond to periodic detachments downstream of a flow controldevice (Gurney mini-flap) at the trailing edge of an airfoil. In this way, the determination and characterization of vortices of different types is sought, to validate the different results obtained. The results show which are the best models to use for the experimental detection of such turbulent events in the flow field. These is the first approximation to the evaluation of the complete measurement with different arrange of the mini-flaps, in this case only for the static one.Fil: Marañon Di Leo, Julio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; ArgentinaFil: Calandra, Maria Valeria. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Delnero, Juan Sebastian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; Argentin

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

CPM model applied to turbulent event detections

The present work shows the application of a change-point model (CPM), based on the Cramer von Mises test for turbulent structures detection in airflow. Specifically, it models the occurrence of vortices in the wake of an airfoil having a flow control device in its trailing edge. It seeks to compare the results obtained with conventional statistical methodologies employed in this type of analysis and the application of a change-point model. The main objective is to detect the characteristic frequencies of the turbulent structures immersed in the airflow. The results show good response of the CPM methodology in the analysis of these flows, comparatively we observed the same values obtained by the methods mentioned above. This work shows a new application of change-point models for detecting changes in a time-dependent random signal which has an unknown distribution a priori.Fil: Marañon Di Leo, Julio. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Calandra, Maria Valeria. Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ingeniería. Uidet Grupo de Ensayos Mecanicos Aplicados.; ArgentinaFil: Delnero, Juan Sebastian. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentin

Experimental study of the effect of the wake generated by oscillating gurney flap

The study of the turbulent near wake of an airfoil provided with flow control devices shows the flow configuration in such conditions and the starting vortices mechanism, while, the far wake of-fers information about the general performance of the model. The objective of the present work is to study the develop of the fluid-dynamic structures found in the NACA 4412 airfoil wake, as well as the develop-ment of the same structures when flow control tech-niques are applied by means of a oscillating Gurney Flap place in the lower surface of the wing model, close to the trailing edge. Tests were performed at a given Reynolds numbers and the flow control system was set at different frequencies. In order to study the effect of the control mechanism on the wake, hot wire anemometry techniques were used. Two components of the velocity vector were measured - longitudinal and vertical - by means of a vertical array of three sensors acquiring simultaneously. The intention is to quantify the flow general configuration at the airfoil wake for different test conditions. The velocity vectors will be analyzed, together with the turbulence inten-sity and integral scales.Fil: Marañon Di Leo, Julio. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Martinez, Mariano. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Delnero, Juan Sebastian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; ArgentinaFil: García Saínz, Mariano Oscar. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentin

Application of a change point statistical estimator for turbulent event detections

El trabajo tiene como objeto presentar la aplicación de un estimador estadístico de punto de cambio para el análisis y posible detección de eventos turbulentos en el seno de un flujo. Se realiza un estudio a partir de datos de una señal obtenida de mediciones experimentales. Basados en la metodología de medición de la anemometría de hilo caliente, se consideran mediciones de las componentes fluctuantes de la velocidad en túnel de viento en un punto específico. A la muestra de datos obtenidos se le aplican metodologías del estimador estadístico de punto de cambio, con el fin de detectar los posibles cambios de la fluctuación de la velocidad, estableciendo una correlación entre las variaciones detectadas y las determinadas mediante las metodologías tradicionales para el análisis de turbulencia, definiendo escalas y frecuencias características del flujo en el punto de medición. Se investiga la factibilidad de implementar un código de cálculo que analice la señal permitiendo la detección de los eventos generados por una estructura vorticosa especifica generada por un dispositivo de control de flujo.The aim of this work is to present the application of a statistical estimate of the change point analysis and it possible detection of turbulent events within a flow field. A study using data from a signal obtained from experimental measurements was made. Based on the hot-wire anemometry measuring methodology, we considered measures of fluctuating velocity components in a wind tunnel at a specific point. In a data sample is applied a statistical estimator methodology, in order to detect possible changes in the fluctuation of the velocity, by correlating the variations detected and determined by the traditional methodologies analysis of turbulence, and frequency scales defining flow characteristics at the measured point. To investigate the feasibility of implementing a calculation code to analyze the signal in real time allowing the detection of events generated by a specific structure immersed in turbulent flow studied. For this analysis a specific velocity signal in a flow field downstream of a passive flow control device in an airfoil was studied.Fil: Marañon Di Leo, Julio. Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronautica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Calandra, Maria Valeria. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingenieria; ArgentinaFil: Delnero, Juan Sebastian. Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronautica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

About the Effect on the Airfoil Wake Induced by Periodic Mobile Flap

The flow in the wake of an aerodynamic airfoil gives us information about the flow pattern that generates the aerodynamic forces. This wake will depend not only on the geometry of the model, but also on the characteristics of the incident flow. If the airfoil has a flow control system, it can modify the characteristics of the resulting flow field. The wake turbulence in this case will be modified. In the near wake, it will be possible to study the mechanisms of generation and vortex shedding, while the analysis of the distant wake provides us with information on the general fluid-dynamic field resulting from the aero-dynamic forces. The objective of the present work is to study the develop of the fluid-dynamic structures found in the NACA 4412 airfoil wake, as well as the development of the same structures when flow control techniques are applied by means of an oscillating Gurney Flap place in the lower surface of the wing model, close to the trailing edge. The flow control system was set at different frequencies. In order to study the effect of the control mechanism on the wake, hot wire anemometry techniques were used. Two components of the velocity vector were measured - longitudinal and vertical by means of a vertical array of three sensors acquiring simultaneously. Velocity fluctuations will be analyzed, as well as turbulence intensities, integral scales and flow energy, in order to quantify the turbulent wake generated and understand the mechanisms involved in its generation.Fil: Marañon Di Leo, Julio. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Delnero, Juan Sebastian. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Echapresto Garay, Iban. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Gamarra, Ariel Nicolas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; ArgentinaFil: Mantelli, Pablo Marcelo. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; ArgentinaFil: Donati, Javier. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentin

Algoritmos estocásticos para la caracterización de campos vorticosos

Es conocida la necesidad de conocer el campo fluidodinámicoa sotavento de cuerpos aerodinámicos sometidos a un campo de velocidades determinado, con el fin de establecer sus características aerodinámicas específicas y por lo tanto su eficiencia. En este contexto existen distintas técnicas que nos permiten establecer las características del campo, por un lado, visualizaciones, que nos definen las características cualitativas del mismo, pero casi siempre es necesario realizar determinaciones cuantitativas para lograr describirlo correctamente, en particular cuando dicho campo está constituido por estelas turbulentas, características de cuerpos aerodinámicos en condiciones extremas de operación. En ese sentido, en el campo experimental y para la definición del campo de flujo turbulento, es común emplear técnicas de anemometría de hilo calientepara la medición de velocidades fluctuantes, que tienen grandes capacidades para la cuantificación de eventos de altas frecuencias,y mediciones de la fluctuación de las presiones.En este sentido, en los últimos años estamos empleando técnicas estocásticas basadas enalgoritmos demodelos de punto de cambio(CPM ?Change Point Model), las cualeshan resultado eficaces para la detección de eventos turbulentos y sus escalas, a partir de un análisis de la señal temporal adquirida.En este trabajo presentamos los estudios realizados con esta metodología, consistentes en la determinación y caracterización de vórtices generados por dispositivos de control de flujoactuando sobre un perfil aerodinámico en un campo de flujo turbulento.Fil: Marañon Di Leo, Julio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; ArgentinaFil: Calandra, Maria Valeria. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ciencias Básicas; ArgentinaFil: Delnero, Juan Sebastian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; ArgentinaFil: Capittini, Guillermo Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; ArgentinaFil: Tagliero, Pilar J.. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; ArgentinaXXIV Congreso sobre Métodos Numéricos y sus AplicacionesArgentinaAsociación Argentina de Mecánica ComputacionalCentro de Investigación de Métodos Computacionale

Study of the effect of wind on a tensioned roof

En este trabajo se presentan los resultados obtenidos del ensayo en túnel de viento de capa límite para la determinación de la distribución de presiones sobre un modelo a escala 1:75 de una cubierta flexible de geometría compleja para el estacionamiento de vehículos de transporte, diseñada por la Consultora WAGG SA. Debido a la complejidad de la geometría y para obtener una mejor descripción de los efectos del viento se decidió realizar un ensayo en túnel de viento con el fin de validar y verificar las condiciones de cargas sobre la propuesta de una cubierta flexible.This paper presents the results obtained from the boundary layer wind tunnel test for the determination of the pressure distribution on a 1:75 scale model of a flexible cover of complex geometry for the parking of transport vehicles, designed by the Consultant WAGG SA Due to the complexity of the geometry and to obtain a better description of the effects of the wind, it was decided to perform a wind tunnel test in order to validate and verify the load conditions on the proposal of a flexible roof.Fil: Marañon Di Leo, Julio. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Delnero, Juan Sebastian. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: García Saínz, Mariano Oscar. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Algozino, Santiago. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Echapresto Garay, Iban. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentin

Wind power generation in the urban environment

A raíz del continuo desarrollo de la generación eólica, así como tambiénde la descentralización de esta; el presente trabajo analiza el potencialeólico en terrazas de edificios a partir de ensayos experimentales entúnel de viento. Los ensayos consistieron en visualizaciones medianteinyección de humo y mediciones con anemometría de hilo calientedel campo de velocidad en la terraza de un edificio típico en laregión latinoamericana, así como la influencia de diferentes edificioscercanos. Se realizaron mediciones para configuraciones especificasde dos edificios, donde el primero se considera obstáculo ubicadoúnicamente a barlovento, pudiendo modificar su altura respecto aledificio en estudio. Con las mediciones realizadas se cuantificaronvelocidades medias y fluctuaciones en distintas ubicaciones sobrela terraza y se seleccionaron las ubicaciones más favorables parala colocación de aerogeneradores. Se encontró una gran influenciade la altura del obstáculo en las velocidades medias y turbulencias,con lo cual la elección de dichas ubicaciones dependerá del entornocircundante.In accordance with the continuous developments in wind energy, and the decentralization in its production, the present work analyzes the wind energy potential in the building roofs through experimental tests in a wind tunnel. These tests involve two different methods, visualizations with smoke injection and hot-wire measurements of the velocity field, over the roof of a building model with the characteristics of the most relevant buildings in Latin-America. Additionally, the influence of a windward obstacle of different heights was studied. Mean velocities and fluctuation were identified with the tests over different locations in the roof of the test model and the most favorable for the wind energy production were identified. An important influence of the obstacle height in the mean and fluctuations influence was found, showing a dependency of the most favorable location for the wind energy production with respect to the closest environment.Fil: Padilla Segura, Victor Manuel. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; ArgentinaFil: Algozino, Santiago. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; ArgentinaFil: Marañon Di Leo, Julio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; ArgentinaFil: Delnero, Juan Sebastian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; ArgentinaFil: Mantelli, Pablo Marcelo. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; Argentin