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Direct Numerical Simulations of Tollmien-Schlichting Disturbances in the Presence of Surface Irregularities

Tocci, Francesco und Chauvat, Guillaume und Hein, Stefan und Hanifi, Ardeshir (2022) Direct Numerical Simulations of Tollmien-Schlichting Disturbances in the Presence of Surface Irregularities. In: IUTAM Laminar-Turbulent Transition: 9th IUTAM Symposium, 38, Seiten 805-814. Springer Science and Business Media B.V.. Ninth IUTAM Symposium on Laminar-Turbulent Transition 2019, 2.-6. Sept. 2019, London, UK. doi: 10.1007/978-3-030-67902-6_70. ISBN 978-3-030-67902-6. ISSN 1875-3507.

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Offizielle URL: https://doi.org/10.1007/978-3-030-67902-6_70

Kurzfassung

A realistic wing is not expected to be an ideal smooth surface: the influence of junctions or wing-panels must be taken into account in the laminar wing design. The presence of these spanwise invariant two-dimensional surface perturbations amplify the streamwise instabilities existing on a smooth surface, potentially causing an early transition to turbulence. In the present work, the effect of surface irregularities such as steps, gaps and humps on the development of Tollmien-Schlichting (TS) waves in an incompressible boundary layer is investigated using direct numerical simulations (DNS). The calculations are performed with the open source spectral element code NEK5000 and consist of a DNS of the steady laminar two-dimensional base flows and succeeding DNS for the disturbance propagation. A Blasius profile is specified at the inflow boundary and when the base flow reaches its steady state the TS waves are artificially excited. This is done either by superimposing the eigensolutions of the Orr-Sommerfeld equations onto the Blasius profiles, or by periodic blowing and suction through a narrow strip at the wall. Arbitrary two- or three-dimensional (oblique) disturbance waves can be generated. For the oblique waves, the two-dimensional base flow is extruded in the spanwise direction over a spanwise width that is fixed to the spanwise wavelength of the introduced disturbance. After a transient phase where the perturbations propagate through the entire domain, a time-periodic flow field in the unsteady DNS is reached. This enables a Fourier analysis in time of the streamwise component of the disturbance velocity to obtain the perturbation amplitudes at different streamwise locations. The N-factor is then used to assess the growth of the disturbances. The amplitudes of the introduced disturbances are chosen to be small enough to grant a purely linear development throughout the domain. The geometric irregularities are directly meshed or defined by analytical mapping of the Gauss-Lobatto-Legendre (GLL) points, used to build the velocity Lagrange polynomial interpolants in each spectral element. The latter procedure requires the irregularities to be localised and smooth. Depending on their size, the surface imperfections give rise to a local separation bubble which interacts with the oncoming TS waves. Results show, as expected, that these surface perturbations have a destabilizing effect when compared to the case of the smooth flat plate. Detailed results on the amplification of two-dimensional and oblique TS waves encountering steps, gaps, humps and indentations of different heights and widths will be presented.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/126103/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Direct Numerical Simulations of Tollmien-Schlichting Disturbances in the Presence of Surface Irregularities
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Tocci, FrancescoFrancesco.Tocci (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chauvat, Guillaumechauvat (at) kth.seNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hein, StefanStefan.Hein (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hanifi, Ardeshirhanifi (at) kth.seNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2022
Erschienen in:IUTAM Laminar-Turbulent Transition: 9th IUTAM Symposium
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
Band:38
DOI:10.1007/978-3-030-67902-6_70
Seitenbereich:Seiten 805-814
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Sherwin, SpencerImperial College London, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmid, PeterImperial College London, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wu, XuesongImperial College London, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Springer Science and Business Media B.V.
Name der Reihe:IUTAM Book Series
ISSN:1875-3507
ISBN:978-3-030-67902-6
Status:veröffentlicht
Stichwörter:DNS, Tollmien-Schlichting Waves, Surface Irregularities
Veranstaltungstitel:Ninth IUTAM Symposium on Laminar-Turbulent Transition 2019
Veranstaltungsort:London, UK
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsdatum:2.-6. Sept. 2019
Veranstalter :International Union of Theoretical and Applied Mechanics
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Flugzeuge
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L AR - Aircraft Research
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Flugphysik (alt)
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Hochgeschwindigkeitskonfigurationen, GO
Hinterlegt von: Tocci, Francesco
Hinterlegt am:16 Jan 2020 11:36
Letzte Änderung:15 Feb 2024 09:55

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