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Combined Experimental and Numerical Investigation of a Hypersonic Turbulent Boundary Layer by Means of FLDI and Large-Eddy Simulations

Ponchio Camillo, Giannino und Wagner, Alexander und Toki, Takahiko und Scalo, Carlo (2023) Combined Experimental and Numerical Investigation of a Hypersonic Turbulent Boundary Layer by Means of FLDI and Large-Eddy Simulations. Aerospace, 10 (570), Seiten 1-31. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/aerospace10060570. ISSN 2226-4310.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
8MB

Offizielle URL: https://www.mdpi.com/2226-4310/10/6/570

Kurzfassung

This work investigates a hypersonic turbulent boundary layer over a straight cone with cold walls at M = 7.4 and Rem = 4.2 · 10^6 m^−1, in terms of density fluctuations away from the wall and convection velocity of density disturbances. Experimental data is collected in a shock tunnel using a multi-foci Focused Laser Differential Interferometer (FLDI) to probe the boundary layer at several different heights from the cone wall. In addition, a high-fidelity, time-resolved Large-Eddy Simulation (LES) of the conical flowfield under the experimentally observed free stream conditions is calculated. The experimentally measured convection velocity of density disturbances is verified to follow literature data of pressure disturbances. The spectral distributions evidence the presence of regions with well-defined power laws. As an alternative to complex methodologies to compensate the frequency roll-off caused by the FLDI spatial filtering, a computational FLDI (cFLDI) is calculated on the numerical solution for direct comparison with experiments. Frequency bounds of 160 kHz < f < 1 MHz are evaluated in consideration for constraining conditions of both experimental and numerical data. Within these limits, the direct comparisons yield reasonable agreement. It is also verified that in the present case the cFLDI algorithm may be replaced with a simple line integral on the numerical solution.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/194463/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Combined Experimental and Numerical Investigation of a Hypersonic Turbulent Boundary Layer by Means of FLDI and Large-Eddy Simulations
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ponchio Camillo, GianninoGiannino.PonchioCamillo (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2178-0777NICHT SPEZIFIZIERT
Wagner, AlexanderAlexander.Wagner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9700-1522NICHT SPEZIFIZIERT
Toki, TakahikoToki, Takahiko <ttoki (at) purdue.edu>NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Scalo, Carloscalo (at) purdue.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:20 Juni 2023
Erschienen in:Aerospace
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:10
DOI:10.3390/aerospace10060570
Seitenbereich:Seiten 1-31
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTMDPINICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2226-4310
Status:veröffentlicht
Stichwörter:HEG, FLDI, hypersonic turbulence, cone, hypersonic
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Raumtransport
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RP - Raumtransport
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Wiederverwendbare Raumfahrtsysteme und Antriebstechnologie
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Raumfahrzeuge, GO
Hinterlegt von: Wagner, Alexander
Hinterlegt am:16 Nov 2023 10:07
Letzte Änderung:03 Mai 2024 15:52

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