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On the interaction of a laminar heated boundary layer with a roughness element: A comparison of experiments and simulations for steady flow

Jacobitz, Frank und Sysyn, Ian und Ryan, Jacob und Comfort, Jack und Poole, Dylan und Bonner, Patrick und Lemarechal, Jonathan und Costantini, Marco (2025) On the interaction of a laminar heated boundary layer with a roughness element: A comparison of experiments and simulations for steady flow. International Journal of Heat and Fluid Flow, 112 (109656), Seiten 1-17. Elsevier. doi: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2024.109656. ISSN 0142-727X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Offizielle URL: https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2024.109656

Kurzfassung

The aim of this study is a direct comparison of experimental and simulation results of two flows, a laminar boundary layer developing on a flat heated plate and the interaction of a laminar boundary layer with a single cylindrical roughness element of small aspect ratio with a height similar to the boundary layer thickness. The experiments were performed in a water channel using temperature-sensitive paint (TSP) on a heated flat plate on which the boundary layer develops. The numerical simulations are meant to complement the experimental data, allowing for a direct comparison with the experiment and adding additional information not easily accessible from the experiment. In the case of the laminar boundary layer developing over a flat heated surface, experimental TSP measurements and simulation results of the surface temperature show strong agreement and a correlation coefficient for the two temperature fields of 0.99 is obtained. In the case of a laminar boundary layer interacting with a low aspect ratio roughness element, the comparison between experimental and numerical data revealed the role played by buoyancy effects even at the small implemented temperature differences between surface and fluid. With consideration of buoyancy in the simulations, again good agreement between the experimental and simulation results is obtained with a correlation coefficient of 0.95 for the respective temperature fields. The complex vortical system identified in the flow field via the simulations was shown to be consistent with the thermal footprints measured on the heated wall in the experiments.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/212392/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:Article No. 109656 Open Access Artikel. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142727X24003813?via%3Dihub
Titel:On the interaction of a laminar heated boundary layer with a roughness element: A comparison of experiments and simulations for steady flow
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Jacobitz, Frankjacobitz (at) sandiego.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sysyn, Ianisysyn (at) sandiego.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ryan, Jacobjryan1 (at) sandiego.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Comfort, Jackjcomfort (at) sandiego.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Poole, Dylandylanpoole (at) sandiego.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bonner, Patrickpbonner (at) sandiego.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lemarechal, JonathanJonathan.Lemarechal (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3333-2664NICHT SPEZIFIZIERT
Costantini, Marcomarco.costantini (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0642-0199178426805
Datum:März 2025
Erschienen in:International Journal of Heat and Fluid Flow
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:112
DOI:10.1016/j.ijheatfluidflow.2024.109656
Seitenbereich:Seiten 1-17
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTElsevierNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Elsevier
ISSN:0142-727X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Roughness Element; Laminar Boundary Layer; Heated Surface; Temperature-Sensitive Paint; Numerical Simulation
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L EV - Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtuelles Flugzeug und Validierung
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Experimentelle Verfahren, GO
Hinterlegt von: Micknaus, Ilka
Hinterlegt am:19 Feb 2025 13:20
Letzte Änderung:19 Feb 2025 13:27

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