Infrared thermography setup for boundary-layer transition controlled by DBD plasma actuator

The aim of the present thesis work is to realise an experimental setup with the purpose of detecting the position of the boundary-layer transition, from laminar to turbulent, on a flat plate, by means of the infrared thermography technique. Furthermore, the DBD (Dielectric Barrier Discharge) plasma actuator has been installed on the model, in order to control the phenomenon under investigation by interacting with Tollmien–Schlichting (T-S) waves, so that laminar-to-turbulent transition is shifted downstream. The boundary-layer's state change is strongly influenced by several factors; among these, a significant role is played by the wind tunnel flow characteristics. As a consequence, an in-depth test section flow inquiry has been executed through the use of Pitot-static tube, multihole probe and hot-wire anemometer. The outcomes of this preliminary work showed the suitability of the tunnel for transition measurements, therefore the flat plate model is designed. Particular attention has been paid to the realization of the model and the implementation of the plasma actuator on it. The thermographic technique required a heating system for the model, as well as image processing for measuring transition position. The transitional experimental campaign findings reveal the phenomenon postponement for DBD driving frequency of 1600 Hz, while the phenomenon moves upstream for a signal frequency of 800 Hz.

Lo scopo di questo lavoro di tesi è la realizzazione di un allestimento sperimentale che ha la finalità di individuare la posizione della transizione di strato limite, da laminare a turbolento, su una lastra piana tramite l'ausilio della termografia ad infrarosso. Sul modello è stato inoltre installato un attuatore al plasma di tipo DBD (Dielectric Barrier Discharge), al fine di controllare il fenomeno analizzato interagendo con le onde di Tollmien–Schlichting (T-S), cosicché la transizione avvenga più a valle. Il cambiamento di regime dello strato limite è fortemente influenzato da numerosi fattori; tra questi, le caratteristiche del flusso in galleria del vento giocano un ruolo particolarmente importante. Pertanto, un'analisi approfondita del flusso in camera di prova è stata eseguita tramite l'utilizzo di tubo di Pitot-statico, sonda multiforo direzionale e anemometro a filo caldo. L'esito di questo lavoro preliminare ha mostrato l'idoneità della galleria del vento per le misure di transizione, di conseguenza il modello di lastra piana è stato progettato. Particolare attenzione è stata posta alla realizzazione del modello e all'implementazione dell'attuatore al plasma su di esso. La tecnica di termografia ha richiesto un sistema di riscaldamento del modello e l'elaborazione delle immagini al fine di misurare la posizione della transizione. I risultati della campagna sperimentale di transizione rivelano il posticipo del fenomeno per una frequenza di pilotaggio del DBD di 1600 Hz, mentre il fenomeno arretra per una frequenza del segnale di 800 Hz.