scholarly journals Insights into the periodic gust response of airfoils

2019 ◽  
Vol 876 ◽  
pp. 237-263 ◽  
Author(s):  
Nathaniel J. Wei ◽  
Johannes Kissing ◽  
Tom T. B. Wester ◽  
Sebastian Wegt ◽  
Klaus Schiffmann ◽  
...  

The unsteady lift response of an airfoil in a sinusoidal gust has in the past been modelled by two different transfer functions: the first-order Sears function and the second-order Atassi function. Previous studies have shown that the Sears function holds in experiments, but recently Cordes et al. (J. Fluid Mech., vol. 811, 2017) reported experimental data that corresponded to the Atassi function rather than the Sears function. In order to clarify the observed discrepancy, the specific differences between these models are isolated analytically. To this end, data and analysis are confined to unloaded airfoils. These differences are related to physical gust parameters, and gusts with these parameters are then produced in wind-tunnel experiments using an active-grid gust generator. Measurements of the unsteady gust loads on an airfoil in the wind tunnel at Reynolds numbers ($Re_{c}$) of $2.0\times 10^{5}$ and $2.6\times 10^{5}$ and reduced frequencies between $0.09$ and $0.42$ confirm that the Sears and Atassi functions differ only in convention: the additional gust component of the Atassi problem can be scaled so that the Atassi function collapses onto the Sears function. These experiments, complemented by numerical simulations of the set-up, validate both models across a range of gust parameters. Finally, the influence of boundary-layer turbulence and the turbulent wake of the gust generator on experimental convergence with model predictions is investigated. These results serve to clarify the conditions under which the Sears and Atassi functions can be applied, and demonstrate that the Sears function can effectively model unsteady forces even when significant fluctuations in the streamwise velocity are present.

2022 ◽  
Author(s):  
Pierre-Yves Passaggia ◽  
Guillermo Lopez Quesada ◽  
Stéphane Loyer ◽  
Lucien Baldas ◽  
Jean-Christophe Robinet ◽  
...  

Author(s):  
Arjen Koop ◽  
Christiaan Klaij ◽  
Guilherme Vaz

To assess the applicability and accuracy of CFD calculations on typical offshore configurations the wind loads for FPSO tandem offloading is investigated. Within the OO1 JIP windtunnel experiments have been carried out for FPSO’s with different deck configurations behind which a shuttle tanker was positioned. For the CFD calculations presented in this paper one specific set-up is chosen, i.e. a fully-loaded, barge-shaped FPSO with 5 square blocks on the deck and a ballast loaded shuttle tanker at distance 450m. The heading with respect to the main flow direction is 30 degrees for the FPSO and 0 degrees for the shuttle tanker, respectively. For the CFD calculations we choose to ‘model the model’, i.e. the same dimensions for the vessels and tunnel walls are chosen as in the wind-tunnel experiments as well as the same velocity, i.e. 25 m/s, which yields a Reynolds number equal to 2 million. Steady-state solutions are calculated for the FPSO alone at 30 degrees, the shuttle tanker alone at 0 degrees and the shuttle tanker at 0 degrees shielded by the FPSO at 30 degrees with a full-scale distance of 450m. CFX and the MARIN in-house code ReFRESCO are used to investigate the applicability of these tools. Furthermore, the use and accuracy of calculations with different mesh types are investigated by using hexahedral h-refined unstructured grids versus block-structured hexahedral grids, which are constructed with the grid generation packages Hexpress and ICEM-CFD, respectively. The comparison between experiments and computations shows that CFD can provide reasonable answers for the wind coefficients on single vessels. For wind shielding, considerations on the improvement of the overall accuracy of CFD calculations for this type of applications are also presented, as it is found to be difficult to obtain the same results as in the wind-tunnel.


Author(s):  
Samuel Holmes

Recent work toward predicting spar vortex induced motion (VIM) with computational fluid dynamics (CFD) suggests that such simulations can anticipate many aspects of spar response and thus supplement tow tank experiments and other design methods. However, the results also highlight a number of challenges as well. The spar VIM problem is characterized by very high Reynolds numbers, geometric complexity including the presence of numerous external appendages and the presence of very rough surfaces. In this paper, we first review recent work on spar VIM where CFD was used to simulate tow tank experiments. This work suggests that CFD methods give good results in most cases but also points to some exceptions. In particular, in simulations of small scale vortex induced motion tests of spars, good agreement between analysis and experiments is usually obtained when the flow separates from the spar hull at the strakes. The CFD simulations are sometimes less successful at predicted VIM when flow separation occurs at the spar hull. We then examine our own recent practice in simulating tow tank experiments with CFD with the objective of finding possible modeling deficiencies. The focus is on the resolution of the large eddies in the wake which most influence the fluctuating loads on the spar, but we are also concerned with the use of wall functions to model the boundary layer. All of the calculations use detached eddy simulation (DES). In order to test the method, we make use of wind tunnel experiments at on a fixed truncated cylinder without strakes. The wind tunnel experiments are performed at Reynolds numbers (Re) that are about the same as those used in scale model spar VIM experiments. Wake particle image velocimetry (PIV) and other data from wind tunnel experiments published in the open literature are used for comparison. The comparisons are used to examine requirements for grid resolution in the wake. Finally, it is suggested that specific wind tunnel experiments might be used to gather needed data on the effects of rough walls and appendages at very high Reynolds numbers.


Author(s):  
K.-H. Herrmann ◽  
E. Reuber ◽  
P. Schiske

Aposteriori deblurring of high resolution electron micrographs of weak phase objects can be performed by holographic filters [1,2] which are arranged in the Fourier domain of a light-optical reconstruction set-up. According to the diffraction efficiency and the lateral position of the grating structure, the filters permit adjustment of the amplitudes and phases of the spatial frequencies in the image which is obtained in the first diffraction order.In the case of bright field imaging with axial illumination, the Contrast Transfer Functions (CTF) are oscillating, but real. For different imageforming conditions and several signal-to-noise ratios an extensive set of Wiener-filters should be available. A simple method of producing such filters by only photographic and mechanical means will be described here.A transparent master grating with 6.25 lines/mm and 160 mm diameter was produced by a high precision computer plotter. It is photographed through a rotating mask, plotted by a standard plotter.


2011 ◽  
Vol 60 (1) ◽  
pp. 87-102 ◽  
Author(s):  
Andrea Farsang ◽  
József Szatmári ◽  
Gábor Négyesi ◽  
Máté Bartus ◽  
Károly Barta

Összefoglalva megállapítható, hogy nagyobb szélsebesség hatására több talajanyag erodálódott, és ezzel együtt megnőtt az áthalmozott tápanyag mennyisége is. Minden vizsgált szélsebesség esetében a szélerózió következtében 3–7%-kal megnőtt az 1 mm és annál nagyobb szemcsék, illetve aggregátumok aránya a kiindulási talajanyag felső 0–1 cm-es rétegében. A finomabb szemcse-, illetve aggregátum-átmérők esetén a fújatást követően csökkenést tapasztaltunk. A leginkább a 315 μm és az annál kisebb szemcsék aránya csökkent, átlagosan 1–2%-kal. A minták kémiai és fizikai elemzéseiből megállapítható, hogy a láda utáni humuszosabb, aggregátumosabb szerkezetű minták N-tartalma nagyobb, mint az alapmintáé. A fogók mintáiban nem tapasztaltunk feldúsulást egy vizsgált elem esetében sem, a fogókban összegyűlt talajanyag kálium- és foszfortartalma is kisebb volt, mint az alapmintáé. Ennek oka, hogy az itt csapdázódott üledékben kisebb a tápanyag-megkötődés helyéül szolgáló leiszapolható rész aránya, mint a kiindulási talajanyagban. A vizsgálatainkból látszik, hogy a szélerózió hatására a lebegtetve, illetve ugráltatva áthalmozott talajszemcsékkel és aggregátumokkal szállított humusz 500–3500 kg/ha nagyságrendben mozoghat a vizsgált csernozjom területen akár egyetlen szélesemény hatására is. A kálium-áthalmozódás mértéke elérheti a 100 kg/ha értéket, a foszforé a 70 kg/ha-t, a nitrogénveszteség mértéke pedig akár 200–300 kg/ha is lehet egy szélesemény alkalmával. E tápanyagmennyiség nagy része több száz méter, de akár kilométeres távolságokra is távozhat a területről. Az általunk végzett szélcsatornás vizsgálatok eredményei becslésnek tekinthetők, hiszen vizsgálatunk során növénymaradvány-mentes, szitált és légszáraz talajanyaggal dolgoztunk. A szitálás eredményeként csupán a 2 mm-es és annál kisebb aggregátumok maradtak meg, ami azonban az intenzív művelés alá vont, porosodott, leromlott szerkezetű talajfelszín körülményeit jól közelíti. Ugyanakkor a természetben zajló széleróziós eseményeknek a szélcsatorna-kísérlet csak leegyszerűsített modellváltozata, hiszen az általunk szimulált szélesemények 15 percig tartottak, s nem tudtunk széllökéseket előállítani, melyek a széleróziós események alakulásában nagy jelentőségűek. Ennek tudatában kell a kapott eredményeket értékelni, mégis érdemes velük foglalkozni. A terepi mérésekkel szemben a szélcsatornában végzett vizsgálatoknak éppen az a legfontosabb előnye, hogy ellenőrzött, kontrollált körülmények között végezzük a méréseket, így rengeteg olyan szempontot meg tudunk vizsgálni, amit terepi mérésekkel lehetetlen lenne. Ilyen szempontok a pontos szélsebesség és szélirány hatása, az erodált felület nagysága és tulajdonságai. Kutatásunk következő lépése a szélcsatornás kísérletekkel vizsgált mintaterületeken terepi, mobil szélcsatornás vizsgálatok végzése, valamint terepi üledékcsapdák elhelyezésével a valós szélesemények által elszállított talaj mennyiségének és minőségének meghatározása. Célunk mind pontosabb képet alkotni a hazai jó minőségű csernozjom talajok szélerózió okozta tápanyagveszteségének mértékéről. A mezőgazdasági művelés alatt álló csernozjom területek feltalajában a tápanyag és szerves anyag szélerózió útján történő mozgási törvényszerűségeinek feltárása több szempontból is hasznos: segítséget jelent a területi tervezésben, a defláció szempontjából optimális területhasználat és művelési módok meghatározásában. Képet kapunk arról, hogy a legnagyobb gazdasági potenciállal rendelkező termőtalajunk milyen veszélyeknek van kitéve, s hogy a nem megfelelő időben, nem megfelelő nedvességviszonyok mellett történő talajművelés következtében kialakuló szerkezetromlás (porosodás) miatti deflációs károk milyen tápanyagveszteséggel járhatnak együtt.


2021 ◽  
pp. 0309524X2110071
Author(s):  
Usman Butt ◽  
Shafqat Hussain ◽  
Stephan Schacht ◽  
Uwe Ritschel

Experimental investigations of wind turbine blades having NACA airfoils 0021 and 4412 with and without tubercles on the leading edge have been performed in a wind tunnel. It was found that the lift coefficient of the airfoil 0021 with tubercles was higher at Re = 1.2×105 and 1.69×105 in post critical region (at higher angle of attach) than airfoils without tubercles but this difference relatively diminished at higher Reynolds numbers and beyond indicating that there is no effect on the lift coefficients of airfoils with tubercles at higher Reynolds numbers whereas drag coefficient remains unchanged. It is noted that at Re = 1.69×105, the lift coefficient of airfoil without tubercles drops from 0.96 to 0.42 as the angle of attack increases from 15° to 20° which is about 56% and the corresponding values of lift coefficient for airfoil with tubercles are 0.86 and 0.7 at respective angles with18% drop.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document