Riassunto analitico
Il flusso attorno ad un profilo oscillante è regolato essenzialmente da tre parametri di governo: da un punto di vista cinematico dalla frequenza e dall'ampiezza di oscillazione, e dal punto di vista dinamico dal rapporto tra forze inerziali e viscose, il numero di Reynolds. Se l'effetto dei primi due parametri è stato al centro di numerosi studi, il ruolo del numero di Reynolds è stato spesso trascurato o non considerato. Nel presente lavoro viene dimostrata l'importanza del numero di Reynolds, in particolare per valori relativamente bassi, sul coefficiente di thrust e sull'efficienza aerodinamica. L'effetto del Re sul coefficiente di lift è ancora più importante, ma anche più complesso.
L'analisi dimensionale classica non tiene in considerazione tutti i parametri relativi all'oscillazione del profilo, perché è pensata per essere il più possibile generica. Per questo motivo, viene introdotto un nuovo approccio che usa solo quantità relative all'oscillazione e vengono ricavati altri parametri di governo e coefficienti aerodinamici adimensionalizzati. I risultati della nuova analisi dimensionale portano ad una più chiara definizione del problema e ad un comportamento asintotico dei coefficienti di prestazione aerodinamica.
Per raggiungere questi obiettivi sono state effettuate delle simulazioni numeriche bidimensionali su profili oscillanti, baste su un metodo ad alto ordine implicito discreto di Galerkin. La visualizzazione della scia, insieme al diagramma di fase della lift e del thrust istantanei (c_L, c_T) sono stati usati per determinare l'evoluzione fisica del sistema e dei fenomeni ciclici che la compongono. Particolare attenzione è stata posta sui valori mediati dei coefficienti di prestazione aerodinamica e alla loro variazione nello spazio tridimensionale dei parametri di governo del sistema.
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Abstract
The flow around oscillating foils is ruled essentially by three governing parameters:
from a kinematic point of view by the oscillating frequency and the amplitude, and
from a dynamic point of view by the ratio between inertial and viscous forces, the
Reynolds number. If the effect of the first two parameters have been the focus of
several studies, the role of Reynolds number has often been neglected or not consid-
ered. In the present work the importance of Reynolds number on the aerodynamic
performances of the foil and on the occurrence of flow instabilities is assessed.
The classical dimensional analysis does not take into account all oscillating-related
arguments because they are meant to be as general as possible. For this reason
a new approach, that uses only quantities that are related to the phenomenon,
is introduces and other governing parameters and non-dimensionalization of the
aerodynamic forces are derived. Here, we see the results of the new dimensional
analysis that lead to a clearer problem definition and to an asymptotic behaviour
of the aerodynamic performances coefficients.
To achieve these results, numerical simulations of a two-dimensional oscillating
foil, based on a high-order implicit discontinuous Galerkin method, are performed.
Wake visualisation together with phase diagram of instantaneous lift and thrust
(c_L , c_T ) are used to detect the physical evolution of the flow system and of the
cyclical phenomena composing it. Great attention was paid to the averaged values
of aerodynamic performance coefficients and their variation in the three-dimensional
space of parameters governing the flow system.
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