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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43242
ORCID: | http://orcid.org/0000-0002-6226-1586 |
Document type: | Dissertação |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Experimental analysis of the laminar to turbulent transition process of the boundary layer on swept wings |
Alternate title (s): | Análise experimental do processo de transição laminar-turbulento da camada limite em asas enflechadas |
Author: | Botter, Caio Roberto |
First Advisor: | Souza, Francisco José de |
First coorientator: | Almeida, Odenir de |
First member of the Committee: | Trapp, Luis Gustavo |
Second member of the Committee: | Siveira Neto, Aristeu da |
Summary: | The utilization of infrared thermography for the detection of the boundary layer transition front with a 25º swept wing model of a laminar airfoil cross-section has been studied and tested in a blow-down and closed-circuit wind tunnel. The model, manufactured in fiberglass, has been painted in black matte paint and was submitted to the heat of halogenic lights to increase its thermal emissivity and thus increase the thermal contrast of the body to the mean allowing a better visualization of the turbulent and the laminar stages of the boundary layer. Later, a Python image processing code was used to detect the transition front and result in its position. Combinations of Reynolds numbers and angles of attack have been tested, varying from 4,50 ∙ 105 ≤ 𝑅𝑒 ≤ 9,15 ∙ 105 and 0 ° ≤ 𝛼 ≤ 14 °, to better verify the behavior of the transition front position to various scenarios. This permitted the analyses of the transition phenomena contrasting the results with the literature allowing the inference of the mechanisms that are acting on the system. Besides some special cases, most of the tested points followed the expectations, with higher Reynolds numbers and higher angles of attack providing an early transition position. After, the infrared images have been contrasted with the infrared images of a straight wing model of same chord and airfoil as the present swept wing. The later comparison was to evaluate the significance level of the crossflow instabilities in the development of the boundary layer, and thus how it would modify the transition front position. An interesting phenomenon was then observed were for small angles of attack the swept wing showed a closer to the leading-edge transition front position as expected, while for higher alphas the boundary layer of the straight wing was firstly transitioning, implying that it is in truth transitioning by other mechanisms then the T-S waves. Besides the infrared images acquisition, to better qualify the flow over the swept wing, the pressure distribution over the wing and the aerodynamics efforts of lift and drag have also been characterized respectively by a pressure transducer and an aerodynamics balance. |
Abstract: | O uso de termografia infravermelha para deteção da fronte de transição de um modelo de asa com 25º de ângulo de enflechamento e seção transversal dada por um aerofólio simétrico foi estudado em um túnel de vento soprador de circuito fechado. O modelo foi manufaturado em fibra de vidro, pintado em tinta preta fosca, e foi submetido ao calor de lâmpadas halogênicas para aumentar a emissividade térmica, e assim o contraste entre a asa e o meio, permitindo uma melhor visualização dos estágios turbulento e laminar da camada limite. Em seguida, um código de processamento de imagens em Python foi utilizado para detectar a fronte de transição e indicar sua posição. Várias combinações de núeros de Reynolds e âgulos de ataque foram testados, variando entre 4,50 ∙ 105 ≤ 𝑅𝑒 ≤ 9,15 ∙ 105 e 0 ° ≤ 𝛼 ≤ 14 ° visando uma melhor avaliação do comportamento da fronte de transiçõ em vários cenários. Isso permitiu a análise do fenômeno da transição contrastando os resultados com a literatura, permitindo assim se inferir sobre os mecanismos que estão agindo no sistema. Apesar de algumas exceções, a maioria dos pontos testados seguiram as expectativas, com maiores números de Reynolds e ângulos de ataque mais altos resultando em uma transiçãoo mais avançada. Em seguida, as imagens infravermelhas foram contrastadas com as de um trabalho anterior que ensaiou a detecção da posição da transição em um modelo de asa reta de mesma corda e aerofólio da presente asa enflechada. Esta última comparação teve por objetivo avaliar a significância das instabilidades de vento cruzado no desenvolvimento da camada limite, e assim como elas modificam a posiçãoo da fronte de transiçãoo. Um fenômeno interessante foi então observado onde para pequenos ângulos de ataque a asa enflechada apresentou uma transição mais próxima ao bordo de ataque enquanto que para ângulos de ataque mais altos a camada limite da asa reta foi a primeira a transicionar, provavelmente implicando que ela está transicionando por outro fenômeno que as ondas T-S. além das aquisiçãoo das imagens infravermelhas, para melhor qualificar o escoamento sobre a asa enflechada, a distribuiçãoo de pressão e os esforços aerodinâmicos de sustentaçãoo e arrasto foram obtidos respetivamente por um transdutor de pressão e uma balança aerodinâmica. |
Keywords: | Boundary Layer Transition Front Swept Wing Crossflow Instability Infrared Thermography Fronte de Transição de Camada Asa Enflechada Termografia Infravermelha Instabilidade Limite de Vento Cruzado |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS |
Subject: | Engenharia mecânica Asas do Vento Túneis aerodinâmicos Fontes de infravermelho |
Language: | eng |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica |
Quote: | BOTTER, Caio Roberto. Experimental analysis of the laminar to turbulent transition process of the boundary layer on swept wings. 2023. 150 f. Master’s Degree Dissertation (in Mechanical Engineering), Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.388 . |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.388 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43242 |
Date of defense: | 9-Aug-2023 |
Sustainable Development Goals SDGs: | ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação. |
Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica |
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