تاثير فينلت هاي كاهش دهنده نوفه بر ميدان جريان آشفته در محدوده لبه فرار صفحه تخت

Effect of Noise-Reducing Finlets on Turbulent Flow Field in the Flat Plate Trailing–Edge Region

مطالعه نوفه لبه‌ فرار لايه مرزي آشفته، موضوعي بنيادي در طراحي و توليد وسايل پرنده با حداقل نوفه است. در طول دهه‌هاي گذشته، روش‌هاي غيرفعال مختلفي براي كاهش نوفه لبه‌فرار پيشنهاد شده و جديدترين راهبرد، استفاده از فينلت‌هاي كاهش‌دهنده نوفه است. در مطالعه حاضر، به منظور بررسي نحوه تاثير فينلت‌هاي كاهش‌دهنده نوفه بر ميدان جريان آشفته در محدوده لبه فرار مدل، يك صفحه تخت مجهز به سنسورهاي اندازه‌گيري فشار ناپاياي سطح، طراحي و ساخته شده است. سپس با نصب مجموعه‌اي از فينلت‌ها با فواصل عرضي مختلف روي صفحه تخت، اثرات حضور آن‌ها روي ميدان جريان در پايين‌دست فينلت‌ها به صورت تجربي مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان داد كه رفتار جريان در پايين دست فينلت‌ها، به شدت وابسته به فاصله عرضي بين فينلت‌هاست. در حالي‌كه استفاده از فينلت‌هاي درشت، منجر به كاهش سرعت متوسط، شدت آشفتگي و محتويات انرژي ساختارهاي آشفته فركانس پايين در نقاط نزديك به سطح مدل در پايين‌دست فينلت‌ها مي‌گردد، رفتار جريان در پايين-دست فينلت‌هاي ريز تا حدودي مشابه جريان در پايين‌دست پله رو‌به‌عقب است. براي فينلت‌هاي ريز، محتويات انرژي ساختارهاي آشفته جريان در نواحي نزديك به سطح در تمامي محدوده فركانسي، كاهش قابل توجهي يافته است. نتايج همبستگي متقابل و تابع همدوسي بين نوسانات فشار سطح و ميدان سرعت نيز نشان داد كه در حالي كه مهمترين مكانيزم موثر بر نوسانات فشار سطح براي فينلت‌هاي درشت، جريان كم مومنتوم خروجي از بين فينلت‌هاست، براي فينلت‌هاي ريز، ساختارهاي گردابه‌اي تشكيل شده بواسطه جدايش جريان سهم موثري بر نوسانات فشار سطح در پايين دست فينلت‌ها دارد.

The study of turbulent boundary layer trailing-edge noise is a fundamental issue in designing and producing flying vehicles with minimum noise. Over the past decades, to reduce trailing-edge noise, various passive methods have been proposed, and the most recent strategy is the use of noise-reducing finlets. In the present study, to investigate the effect of noise reduction finlets on the turbulent flow field in the vicinity of the model trailing edge, a flat-plate model equipped with unsteady surface pressure transducers has been designed and built. Then, by installing a set of finlets with different lateral spacing on it, their effects on the flow field downstream of the finlets have been experimentally studied. Results show that the flow behavior downstream of the finlets is strongly affected by the spacing between the finlets. While the use of coarse finlets leads to a reduction in the mean velocity, turbulence intensity, and energy contents of low-frequency turbulent structures in the near-wall regions downstream of finlets, the flow behavior downstream of fine finlets are somewhat similar to the flow behind a backward-step. For fine finlets, the energy contents of turbulent structures in the near-wall regions are significantly reduced over the whole frequency range. The results of cross-correlation and coherence between surface pressure fluctuations and velocity field also indicated that although the most important mechanism affecting surface pressure fluctuations for the coarse finlets is the exit low-momentum flow, for the tiny finlets, vortical structures formed by flow separation have effective contribution on pressure level fluctuation under the finlets.