| Abstract: | Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται με αριθμητική μεθοδολογία η αεροδυναμική απόδοση των γεννητριών στροβίλων στην καθυστέρηση της εμφάνισης αποκόλλησης ροής σε πτέρυγες αεροσκαφών σε μεσαίες και μεγάλες γωνίες πρόσπτωσης. Σκοπός είναι να αυξηθεί ο συντελεστής άνωσης της πτέρυγας και να μεγιστοποιηθεί ο λόγος CL/CD της πτέρυγας. Για τον σκοπό αυτό επιλύονται οι εξισώσεις RANS για διατάξεις μίας και δύο σειρών γεννητριών στροβίλων (vortex generators) τοποθετημένες στην πλευρά υποπίεσης NACA 4415. Η διάταξη αυτή έχει βελτιστοποιηθεί και κατασκευαστεί στο εργαστήριο Μηχανικής Ρευστών και Στροβιλομηχανών του ΑΠΘ και αποτελεί την πρότυπη διάταξη της παρούσας αριθμητικής διερεύνησης. Η επίλυση του προβλήματος γίνεται με την σταδιακή επίλυση επιμέρους προβλημάτων όπως της ροής γύρω απο αεροτομή NACA 4415 σε διάφορες γωνίες πρόσπτωσης, της ροής γύρω από μία και δύο σειρές γεννητριών στροβίλων τοποθετημένες σε επίπεδη πλάκα και της ροής γύρω από πτέρυγα NACA 4415 με γεννήτριες στροβίλων τοποθετημένες σε κατάλληλες θέσεις. Σημαντική προσπάθεια καταβλήθηκε στην κατασκευή των γεννητριών στροβίλων με το λογισμικό Solidworks, στην τοποθέτηση των γεννητριών στροβίλων στην πτέρυγα ΝΑCA 4415 και στην εισαγωγή της γεωμετρίας σε πακέτα δημιουργίας πλέγματος για την αριθμητική επίλυση των εξισώσεων της ροής. Τα πλέγματα που κατασκευάστηκαν είναι τόσο δομημένα όσο και μη δομημένα, ενώ το πρόγραμμα επίλυσης που χρησιμοποιήθηκε είναι το CFX της ANSYS. Τα αποτελέσματα που λήφθηκαν επεξηγούν την αεροδυναμική συμπεριφορά των γεννητριών στροβίλων στην καθυστέρηση εμφάνισης αποκόλλησης, με την δημιουργία εγκάρσιων στροβίλων που μεταφέρουν ρευστό υψηλής ταχύτητας από το εξωτερικό του οριακού στρώματος σε περιοχές ρευστού κοντά στο στερεό όριο. Παρουσιάζονται αποτελέσματα για την ένταση των στροβίλων, την θέση τους με την κατάντη απόσταση από τις γεννήτριες στροβίλων και εξετάζεται η διάταξη των γεννητριών στροβίλων κατά το εκπέτασμα της πτέρυγας σχετικά με την αεροδυναμική τους αποδοτικότητα.
This diploma thesis is a numerical investigation of the flow around vortex generators and it refers to the aerodynamic performance of vortex generators on a wing NACA 4415, as regards to the delay of the aerodynamic stall and the reduction of the thickness of the boundary layer. In order to understand better the nature of the above phenomena, the main problem is divided into simpler sub problems. Firstly, the two dimensional flow around an airfoil NACA 4415 is numerically investigared using the k-ω SST model for angles of attack α=0o,5o,10o,15o. The predicted flow is accurate for angles of attack up to 10o ; for higher angle of attack the massive flow separation, shown experimentally, is not accurately predicted. Secondly, one and two rows of vortex generators were placed on a flat plate at angle of attack a=0o to understand not only the way which the vortices are created from the vortex generators but also the mechanism that reduces the thickness of the boundary layer. Subsequently the flat plate was placed at an angle of attack α=5o,10o in order to examine if the vortex generators are able to reduce the separation region. It is found that for angle of attack α=5ο the two rows of vortex generators are capable of eliminating the massive flow separation from the leading edge, whilst for angle of attack α=10ο the two rows configuration was unable to eliminate the massive flow separation from the leading edge of the flat plate. Last but not least, a wing NACA 4415 with two rows of vortex generators was examined in a low Reynolds flow at an angle of attack α=10o. The two rows configuration was able to reduce the boundary layer thickness and eliminate the small separation bubble which existed downstream on the pressure side of the wing. The numerical investigation was based on Fluent and CFX computer codes; Gambit, IGG and Ansys Mesh were used for the generation of the 2D and 3D grids, whilst the Solidworks was used for the design of the vortex generators the airfoil and the wing. Finally the calculations have been performed on the cluster in the laboratory of fluid dynamics and turbomachines of the Aristotle University of Thessaloniki (AUTH) and no the cloud front computer arrangement of the National Technical University of Athens (NTUA). |
guest ::
login
