Experimental study of the sensitivity of global properties of turbulent bluff body wakes using steady disturbance methods
Etude expérimentale de la sensibilité des propriétés globales du sillage turbulent de corps non profilés à des perturbations stationnaires
Résumé
The sensitivity of the global properties of a turbulent wake behind a D-shaped bluff cylinder is investigated experimentally by introducing a much smaller control cylinder of various shapes and diameters as a local disturbance. Hot-wire anemometry and particle image velocimetry are used to obtain local and global measurements of the turbulent wake. Aerodynamic forces acting on the main cylinder are derived from pressure measurements around its perimeter. The results are presented in the form of sensitivity maps of the Strouhal number and base pressure. The sensitivity of global properties is interpreted on the basis of the ability of the control cylinder to change the size of the formation region of the Kármán vortex street mainly through the turbulent properties modification of the perturbed detached shear layer. The corresponding physical mechanisms are discussed with regard to the origins of drag reduction and global frequency modification. The impact of the perturbation on the 3D properties of the wake is investigated through two-point velocity correlation and wake visualization. Bi-stable flow configurations for some positions of the control cylinder are examined.
La sensibilité des propriétés globales d'un sillage turbulent derrière un cylindre en forme de "D" est étudiée expérimentalement. Un petit cylindre de contrôle (de forme et de diamètre variable) est inséré dans le sillage pour créer une perturbation locale. Un ensemble de mesures basé sur de l'anémométrie à fil chaud et vélocimétrie par images de particules est mis en oeuvre pour obtenir des informations locales et globales du sillage turbulent. Les forces aérodynamiques agissant sur le cylindre principal sont dérivées de mesures de pression autour de son périmètre. Les résultats sont présentés sous la forme de cartes de sensibilité du nombre de Strouhal et la pression de base. La sensibilité des propriétés globales est interprétée par la capacité de la perturbation locale à changer la taille de la région de formation de l'allée de Kármán en agissant principalement sur les propriétés turbulentes de la couche de mélange perturbée. Les mécanismes physiques correspondants sont discutés pour interpréter les origines de réduction de traînée et la modification de fréquence globale. L'impact de la perturbation sur les propriétés 3D du sillage est examiné par corrélation de vitesse à deux points et visualisation. Les configurations bi-stable de l'écoulement pour certaines positions du cylindre de contrôle sont étudiées.
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