Active flow control optimization on Selig Donovan 7003 airfoil

Abstract

(English) The PhD focuses on the study of the flow around an airfoil at different Angles of Attack (AoA) with and without the implementation of Active Flow Control (AFC), while maintaining the Reynolds number constant at 60,000. The advantages of employing AFC technology are clearly established.

The PhD is divided into three main studies:

1- The flow over the airfoil at different AoA and using the 2D Spalart-Allmaras (SA) RANS turbulence model is studied. A novel and precise methodology is employed to optimize five AFC-associated parameters.

2- In the second stage, three-dimensional Large Eddy Simulations (LES) are conducted on both the baseline and the previously optimized actuated cases to examine the appropriateness of the SA turbulence model for the AFC optimization.

3- The effect of AFC on the flow performance, boundary layer, separation, and the forces acting on the airfoil is explored as a function of the nutilda boundary conditions value at the computational domain inlet and the synthetic jet. The optimum values of nutilda, which generate the most precise 2D-RANS-SA simulations, are obtained.

(Català) La tesi es centra en l'estudi del flux al voltant de un perfil alar per diferents angles d'atac (AoA) i quan la técnica de control actiu de flux (AFC) es aplicada, la comparació amb el cas base clarifica les avantatges de la utilització de AFC. Tot l'estudi es fa per un número de Reynolds de 60000. La tesi es pot dividir en tres grans blocs:

1.- Estudi del flux bidimensional al voltant del perfil triat i per diferents AoA utilitzant el model de turbulencia Spalart Allmaras. Una nova metodologia per optimitzar els cinc paràmetres associats a la técnica AFC ha sigut dissenyada i aplicada per primera vegada en aquesta tesi.

2.-Simulacions tridimensionals utilitzant el model de turbulencia LES es aplicada a un angle d'atac determinat tant per el cas base com quan es consideren els cinc paràmetres AFC optimitzats en l'estudi bidimensional inicial. La comparació entre els paràmetres associats al flux amb sense AFC i entre les simulacions 2D-SA i les 3D-LES, han permès clarificar la precisió dels models 2D.

3.- El efecte de l'aplicació de la técnica AFC sobre el punt de separació de la capa límit, i els coefficients de pressió, fricció, arrastre i sustentació, son avaluats per diferents valors del paràmetre nutilde associat al model de turbulecia Spalart Allmaras donat com a condicions de contorn a l'entrada del domini computacional i del synthetic jet. En aquest tercer bloc, s'han definit per primera vegada quins son els valors de nutilde que fan que les simulacions bidimensional siguin més properes a les 3D-LES.