The flow around porously coated cylinders
Final Report Abstract
Dieses Projekt befasst sich mit der Reduktion der Widerstandskraft sowie der Strömungsfeldanalyse von Kreiszylindern mit einer leeseitigen, porösen Beschichtung. Hierfür wurden Versuche im Windkanal durchgeführt. Systematische Kraftmessungen erfolgten für diverse Zylinderkonfigurationen. Unterschiedliche Parameter wie die Schichtstärke, der Ummantelungswinkel und die Porosität des porösen Materials wurden dabei variiert. Ausgewählte Zylindervarianten wurden zudem mittels Druckmessungen und der Particle Image Velocimetry (PIV) detaillierter untersucht. Die Versuche wurden im Reynoldszahlbereich 3x 10^4 < Re < 1,4x 10^5 durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass eine dünne, leeseitig im Kreiszylinder integrierte oder auf dem Zylinder aufgebrachte poröse Schicht zu einem Anstieg des Drucks bzw. zur Verringerung des Unterdrucks im Leebereich führte. Die Folge davon war eine reduzierte Widerstandskraft im Vergleich mit einem glatten Kreiszylinder gleichen Durchmessers. Es zeigte sich zudem, dass eine leeseitige poröse Beschichtung des Zylinders zu einer Reduktion der Amplituden von böeninduzierten und Wirbelresonanzschwingungen führte. Im betrachteten Reynoldszahlbereich waren die Verläufe des mittleren Widerstandsbeiwerts (cd-Wert) nahezu konstant und die maximale Widerstandsreduktion betrug 13,2 %. Die Ursache des reduzierten cd-Werts der leeseitig porös ummantelten Zylinder war eine weiter nach stromab verschobene Wirbelbildungszone, weshalb es zu einer Abnahme der Druckschwankungen an der Zylinderrückseite kam. Verantwortlich für die vergrößerte Wirbelformationszone war die Störung, bzw. das Nichtzustandekommen des Mechanismus des Hoch- und Herunterlaufens des Primärwirbels an der Leeseite des porös ummantelten Zylinders. Des Weiteren konnte eine verringerte Nachlaufbreite sowie eine dünnere Scherschicht im Vergleich mit dem glatten Zylinder identifiziert werden. Es zeigte sich ferner dass eine leeseitige, poröse Ummantelung zu einer leicht erhöhten Wirbelablösefrequenz führte.
Publications
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2014. Die Strömung um partiell porös ummantelte Kreiszylinder, Proceedings der 22. GALA Fachtagung Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik, Karlsruhe, 15, ISBN-3-9816764-0-2
Klausmann, K., Ruck, B.
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2015. Drag force of cylinders with partial porous coatings on the leeward side. Proceedings of 14th International Conference on Wind Engineering. Ed. by A. M. Loredo-Souza. Porto Alegre, Brazil, 1-9
Klausmann, K., Ruck, B.
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2015. Widerstandskraft und Druckverteilung von leeseitig porös ummantelten Zylindern, Proceedings der 23. GALA Fachtagung Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik, Dresden, 48, ISBN-3-9816764-1-9
Klausmann, K., Ruck, B.
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2016. Pressure distribution around circular cylinders with porous layer coating in the lee and flow analysis. 8th International Colloquium on Bluff Body Aerodynamics and Applications, 07. - 11. Juni 2016, Boston, Massachusetts, USA, 1-8
Klausmann, K., Ruck, B.
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2016. Strömungsfeldanalyse von leeseitig porös ummantelten Kreiszylindern, Proceedings der 24. GALA Experimentelle Strömungsmechanik, Cottbus, 43, ISBN- 3-9816764-2-6
Klausmann, K., Ruck, B.
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2017. Drag reduction of circular cylinders by porous coating on the leeward side. Journal of Fluid Mechanics 813, 382-411
Klausmann, K., Ruck, B.
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2017. Umströmung von Zylindern mit leeseitiger, poröser Ummantelung, Proceedings der 25. GALA Experimentelle Strömungsmechanik, Ettlingen, 21, ISBN-3-9816764-3-3
Wacker, K., Ruck, B.
