@phdthesis{Hasanuzzaman2021, author = {Hasanuzzaman, Gazi}, title = {Experimental investigation of turbulent boundary layer with uniform blowing at moderate and high Reynolds numbers}, doi = {10.26127/BTUOpen-5566}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-55660}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2021}, abstract = {Experimental investigation in turbulent boundary layer flows represents one of the canonical geometries of wall bounded shear flows. Utmost relevance of such experiments, however, is applied in the engineering applications in aerospace and marine industries. In particular, continuous effort is being imparted to explore the underlying physics of the flow in order to develop models for numerical tools and to achieve flow control. Within the scope of this Ph. D. topic, application of active control method such as micro-blowing effect in the incompressible, zero pressure gradient turbulent boundary layer was investigated. Turbulent boundary layer flow is particularly interesting as well as challenging due to the presence of different interacting scales which are increasingly becoming significant as the flow inertial conditions keeps growing. Therefore, energy content of the coherent structures in outer layer becomes stronger and necessitates measurements in relatively large Reynolds number. Present control experiments in turbulent boundary layer can be split into two different work segments, where one is objected towards the data measurements in turbulent boundary layer over smooth surface with and without any external perturbation. Here, perturbation is applied in the form of wall normal blowing while keeping the magnitude of blowing very low compared to the free stream velocity. For the subsequent results reported here, magnitude of blowing ratio was varied between 0\%~6\%. In the first part of the present thesis e.g. 0.415×10e+3≤Reτ≤1.160×10e+3, measurements were performed at the Brandenburg University of Technology wind tunnel. Non-intrusive Laser Doppler Anemometry was applied to carry out a series of measurements on a zero pressure gradient flat plate turbulent boundary layer. Blowing ratio through the perforated surface was varied between 0.17\%~1.52\% of the free stream velocity. To a maximum of 50\% reduction in friction drag was achieved. For the measurements on the upper range of the stated Reynolds number, were conducted at the boundary layer wind tunnel. This boundary layer wind tunnel offers a spatially developed turbulent boundary layer over a flat plate within 2.2×10e+3≤Reτ≤5.5×10e+3 with an excellent spatial resolution. With the help of Stereo Particle Image Velocimetry technique, measurement of the velocity components were obtained covering entire boundary layer in streamwise wall normal plane. In addition, time resolved measurements were also obtained in spanwise and wall-normal plane in order to look into the morphology of turbulent structures immediately above the blowing area.}, subject = {Turbulent boundary layer; Drag reduction; Particle Image Velocimetry (PIV); Laser Doppler Anemometry (LDA); Friction drag; Turbulente Grenzschicht; Particle Image Velocimetry; Laser-Doppler-Anemometrie; Mikro-Ausblasen; Reibungswiderstand; Turbulente Grenzschicht; Particle-Image-Velocimetry; Reibungswiderstand; Laser-Doppler-Anemometrie; Ausblasen}, language = {en} } @phdthesis{Motuz2014, author = {Motuz, Vasyl}, title = {Gleichm{\"a}ßiges Mikro-Ausblasen zur Beeinflussung einer turbulenten Grenzschicht}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-31242}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2014}, abstract = {Das gleichm{\"a}ßige Ausblasen ist eine effektive Methode zur Beeinflussung einer turbulenten Grenzschicht, n{\"a}mlich zur Reduzierung des Reibungswiderstands einer umstr{\"o}mten Wandoberfl{\"a}che. In der vorliegenden Arbeit wurde turbulente Grenzschicht an einer ebenen Platte hinsichtlich ihrer Beeinflussbarkeit mittels gleichm{\"a}ßigem kontinuierlichen Mikro-Ausblasen in einer Str{\"o}mung ohne Druckgradient untersucht. Die durchgef{\"u}hrte Untersuchung umfasst das Str{\"o}mungsverhalten in einer viskosen Unterschicht {\"u}ber einer durchl{\"a}ssigen Wand ohne und mit Ausblasen, der Einfluss der Ausblasrate und der Temperatur der ausgeblasenen Luft auf die Grenzschichtparameter sowie eine Visualisierung und qualitative Analyse des Temperaturfeldes der Oberfl{\"a}che der durchl{\"a}ssigen Wand ohne und mit Ausblasen unter verschiedenen Bedingungen. Die Untersuchung wurde in einem geschlossenen Unterschall Windkanal f{\"u}r einen Reynoldszahlen-Bereich von 1x10³ < Reₓ < 1x10⁶ und f{\"u}r eine Ausblasrate von 0 < F < 0.0173 durchgef{\"u}hrt. Die Ermittlung der Profile der Str{\"o}mungsgeschwindigkeit im wandnahen Bereich sowie des Einflusses der Ausblasrate und der Temperatur der ausblasenden Luft auf die Parameter der Grenzschicht wurde mit Hilfe des noninvasiven Laser Doppler- und bei einzelnen Experimenten mit Hilfe des hochaufl{\"o}senden Konstant Temperatur Anemometrie-Verfahrens durchgef{\"u}hrt. Zur Untersuchung des Temperaturfeldes sowie dessen {\"A}nderung wurde ein Thermografiesystem auf Basis einer Infrarot-Kamera eingesetzt. Die ermittelten Profile der Str{\"o}mungsgeschwindigkeit u(x,z) und besonders v(x,z) haben gezeigt, dass das Ausblasen durch eine durchl{\"a}ssige Wand, die gleichm{\"a}ßig verteilte Mikro-{\"O}ffnungen enth{\"a}lt, als ein „Ensemble" einzelner Freistrahlen zu betrachten ist. Im Fall einer Unterschallstr{\"o}mung darf diese Art des Ausblasens nur grob als ein gleichm{\"a}ßiges Ausblasen angenommen werden. Mit Hilfe des gleichm{\"a}ßigen Ausblasen wurde der Reibungsbeiwert im Bereich Reynoldszahlen Reₓ < 1x10⁶ im Vergleich zur festen Wand um bis zu 59 \% reduziert. Dabei wurde festgestellt, dass der Reibungsbeiwert bzw. die Wandschubspannung einer durchl{\"a}ssigen Wand mit Ausblasen von der Ausblasrate abh{\"a}ngt und deren Reduzierung nur bis zu einem bestimmten Wert der Ausblasrate stattfindet. Durch das Ausblasen der Luft verschiedener Temperatur wurde es gezeigt, dass auf die Eigenschaften der turbulenten Grenzschicht {\"u}ber einer durchl{\"a}ssigen Wand neben dem Ausblasen selbst, die Temperatur des ausblasenden Mediums auch eine wichtige Rolle spielt. Je nach dem, welche Temperatur das ausblasende Fluid besitzt, wird der Reibungsbeiwert reduziert oder erh{\"o}ht. Mittels einer Visualisierung des Temperaturfeldes der Oberfl{\"a}che der durchl{\"a}ssigen Wand mit Ausblasen wurde eine indirekte Visualisierung der Wirkung der {\"a}ußeren Str{\"o}mung auf die umstr{\"o}mte Wand realisiert. Da sich eine {\"a}ußere Str{\"o}mung in Wandn{\"a}he eine Grenzschicht bildet, kann diese Visualisierung als eine Visualisierung der Wirkung des Ausblasens auf die Grenzschicht betrachtet werden. Der Vergleich des Temperaturfelds der Oberfl{\"a}che der durchl{\"a}ssigen Wand ohne Ausblasen in einer {\"a}ußeren Str{\"o}mung mit derjenigen mit Ausblasen hat gezeigt, dass die Wirkung der {\"a}ußeren Str{\"o}mung auf die umstr{\"o}mte Wand durch das Ausblasen nicht direkt am Anfang des Ausblasbereichs, sondern in einem Abstand davon voll verhindert wird. Infolge Wechselwirkung zwischen {\"a}ußerer Str{\"o}mung und dem Ausblasen, bildet sich {\"u}ber dem Ausblasbereich eine Zwischenschicht bzw. eine D{\"a}mpferschicht, die einen Energieaustausch zwischen der {\"a}ußeren Str{\"o}mung und der Oberfl{\"a}che durchl{\"a}ssiger Wand blockiert. Diese Zwischenschicht bildet sich nicht sofort am Anfang des Ausblasbereichs, sondern {\"u}ber einer Strecke, deren L{\"a}nge von der Ausblasrate abh{\"a}ngt.}, subject = {Reduzierung des Reibungsbeiwerts; Viskose Unterschicht; Mikro-Ausblasen; Skin friction reduction; Viscous sub layer; Microblowing; Turbulent boundary layer; Turbulente Grenzschicht; Turbulente Grenzschicht; Ausblasen; Reibungskoeffizient}, language = {de} }