LES investigation of a piston-driven synthetic jet actuator with multiple orifices

P. D. Tung, T. Watanabe, K. Nagata
LES investigation of a piston-driven synthetic jet actuator with multiple orifices

CFD Letters, 16 1998-2009 2023

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This article may be found at https://doi.org/10.37934/cfdl.16.1.150170.

Abstract

A piston-driven synthetic jet actuator has the potential for application in flow control and fundamental studies of turbulence, although the high-speed flow generated by this actuator is less investigated than a low-speed synthetic jet. The interaction of high-speed jets issued from a piston-driven synthetic jet actuator with multiple orifices is investigated with large eddy simulation (LES). The maximum jet Mach number is related to the maximum pressure inside the actuator regardless of the number of orifices. Temporal variations of the jet Mach number are almost identical for different cycles, and the jet formation in each cycle occurs under the same conditions despite the unsteady nature of the jet interaction. The phase-averaged statistics are used to examine the interaction of the synthetic jets. The converging, merging, and combined regions known for the interaction of continuous jets appear for the interaction of the high-speed synthetic jets slightly before the end of the blowing phase. However, the converging region is not clearly observed at the beginning of the blowing phase because the jets tend to be parallel to each other. Therefore, the combined region forms at a late stage of the blowing phase. Before the jets are combined, velocity fluctuations in the blowing phase become large near the furthest locations where the jets reach. Once the jets merge by their interaction, large velocity fluctuations are observed at the downstream end of the merging region. The probability density functions of velocity fluctuations in the blowing phase tend to deviate from a Gaussian distribution along the centerline of the jets. This deviation is more significant for the two-orifice model than for the four-orifice model under the same actuation frequency.

日本語訳 (DeepL翻訳)

複数のオリフィスを有するピストン駆動シンセティックジェットアクチュエータのLES解析

ピストン駆動シンセティック噴流アクチュエータは、流れの制御や乱流の基礎研究に応用できる可能性があるが、このアクチュエータによって発生する高速流れは、低速合成噴流に比べてあまり研究されていない。複数のオリフィスを有するピストン駆動合成ジェットアクチュエータから噴出される高速ジェットの相互作用をラージ・エディ・シミュレーション（LES）を用いて調べた。最大噴流マッハ数は、オリフィスの数に関係なく、アクチュエータ内の最大圧力と関連している。噴流マッハ数の時間変化は，異なるサイクルにおいてほぼ同じであり，噴流相互作用の非定常性にもかかわらず，各サイクルにおける噴流形成は同じ条件下で起こる．位相平均統計量を用いて、合成ジェットの相互作用を調べた。連続噴流の相互作用で知られている収束、合流、結合領域が、高速合成噴流の相互作用では、吹き出しフェーズの終了の少し前に現れる。しかし、噴流が互いに平行になる傾向があるため、吹き出し段階の初期には収束領域は明確に観察されない。したがって、収束領域は吹き出しフェーズの後期に形成される。噴流が合流する前に、噴流が到達する最も遠い位置付近では、吹き出し段階での速度変動が大きくなる。噴流が相互作用によって合体すると、合体領域の下流端で大きな速度変動が観測される。吹き出し段階の速度変動の確率密度関数は、噴流の中心線に沿ってガウス分布から外れる傾向がある。この偏差は、同じ作動周波数では、4オリフィスモデルよりも2オリフィスモデルでより顕著である。

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