Experimental and numerical analysis of a starting vortex due to an impulsive airfoil rotation

An experimental campaign focused on the study of the parallel Blade Vortex Interaction ( BVI ) has started at the Aerospace Science and Technology Department of Politecnico di Milano. A vortex generator airfoil has already been manufactured and its utility has been tested through a low Reynolds wind tunnel experiment. The starting vortex, generated thanks to an impulsive rotation, has been captured using Particle Image Velocimetry ( PIV ). In this thesis several aspects regarding the next experimental and numerical steps are presented. A new post processing algorithm for PIV images, containing one or more vortical structures, has been developed for future use. A deeper knowledge of the behavior and the limits of the Γ 2 vortex identification criterion has been gained. The algorithm, applied to the data already available of the vortex suitable for BVI , has provided good results: parameters such as dimensions, orientation and shape of the vortex could be obtained. A Vortex Cloud Code ( VCC ) has been implemented in Fortran language, with the aim of obtaining a prediction of the vortex trajectory inside the wind tunnel. Every result in terms of trajectory has turned to be out of target if compared to the already available experimental data. Despite this limit, the vortex features extracted from the numerical velocity field seems to be in accordance with the results of the PIV acquisitions.

Una campagna sperimentale focalizzata sullo studio dell’Interazione Vortice Pala ( BVI ) parallela è stata recentemente avviata al Dipartimento di Scienze e Tecnologie Aerospaziali del Politecnico di Milano. È stato già progettato e prodotto un profilo deputato alla generazione di un vortice e la sua utilità è stata testata in galleria del vento attraverso un esperimento a bassi numeri di Reynolds. Il vortice di avviamento generato grazie alla rotazione impulsiva del generatore di vortici è stato identificato utilizzando la Particle Image Velocimetry ( PIV ). In questa tesi sono presentati numerosi aspetti riguardanti i successivi passi dell’analisi sperimentale e numerica del fenomeno. Un nuovo algoritmo di post processing per immagini PIV contenenti uno o più vortici è stato sviluppato per l’utilizzo in futuro. Si è giunti ad una conoscenza più approfondita e dettagliata dell’utilità e dei limiti del criterio Γ 2 per l’identificazione dei vortici all’interno di un campo di velocità. L’algoritmo, applicato ai dati delle prove già effettuate ha fornito dei buoni risultati: le dimensioni, l’orientazione e la forma del vortice sono stati identificati con successo. Un codice a nuvola di vortici ( VCC ) è stato sviluppato in linguaggio Fortran, con l’obiettivo di ottenere una previsione della traiettoria del vortice all’interno della galleria del vento. I risultati numerici in termini di posizione del vortice sembrano non concordare con i dati della galleria. Nonostante ciò le caratteristiche del vortice riprodotto numericamente risultano essere molto simili a quelle ottenute dal post processing dei dati sperimentali.