Aναίρεση του δρόμου δινών von Kármán σε ροή γύρω από υδροφοβικό κύλινδρο με τοποθέτηση κυλίνδρου ελέγχου - Γιαννόπουλος, Γεώργιος Δ. (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ναυτικής Μηχανολογίας, 2015)
Η ροή γύρω από μη αεροδυναμικά σώματα αποτελεί αντικείμενο εκτενούς έρευνας εξαιτίας των πολλών σχετικών εφαρμογών σε ένα μεγάλο εύρος κατασκευών. Το ενδιαφέρον της μελέτης των κατασκευών αυτών προκύπτει, σε μεγάλο βαθμό, από το γεγονός ότι, λόγω της δημιουργίας του δρόμου δινών von Kármán, αυτές υπόκεινται σε δυναμικές φορτίσεις, οι οποίες μπορούν να επιφέρουν κόπωση, και σε ακραίες συνθήκες να οδηγήσουν σε αστοχία. Στο σχετικό πεδίο έρευνας, ξεχωριστή θέση κατέχει η ροή γύρω από κύλινδρο. Η τελευταία αποτελεί μια πρότυπη ροή που έχει μελετηθεί εκτενώς στη βιβλιογραφία, λόγω της απλότητας στον ορισμό του προβλήματος, του μεγάλου εύρους των σχετικών εφαρμογών, αλλά και της σύνθετης και ενδιαφέρουσας φύσης των φαινομένων που λαμβάνουν χώρα. Ένας κύριος στόχος που μπορεί να τεθεί στο πλαίσιο του ελέγχου της ροής γύρω από κύλινδρο είναι η μερική ή η πλήρης αναίρεση του δρόμου δινών, και κατά συνέπεια των επαγόμενων δυναμικών φορτίσεων στις κατασκευές. Οι μέθοδοι ελέγχου μπορεί να είναι παθητικές ή ενεργητικές, με τις τελευταίες να χαρακτηρίζονται από χρήση ενέργειας για την επίτευξη του επιθυμητού στόχου. Στην παρούσα εργασία μελετάται ο συνδυασμός δύο μεθόδων παθητικού ελέγχου με στόχο τη μερική ή πλήρη αναίρεση του δρόμου των δινών στη ροή γύρω από κύλινδρο, με χρήση χαμηλών επιπέδων δράσης ελέγχου, για χαμηλές τιμές του αριθμού Reynolds. Συγκεκριμένα, τοποθετείται ένας μικρότερος κύλινδρος (κύλινδρος ελέγχου) σε κατάλληλες θέσεις στην περιοχή του ομόρρου του κύριου κυλίνδρου, ενώ ταυτόχρονα γίνεται χρήση υδροφοβικότητας σε όλη την επιφάνεια του κύριου κυλίνδρου, ή σε τμήμα αυτής. Εν προκειμένω, το κόστος ελέγχου είναι ανάλογο του αδιάστατου μήκους ολίσθησης που χαρακτηρίζει την υδροφοβική επιφάνεια. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η χρήση του κυλίνδρου ελέγχου έχει σταθεροποιητική επίδραση στη ροή, σε συμφωνία με αποτελέσματα της βιβλιογραφίας. Η εν λόγω σταθεροποιητική επίδραση καθίσταται εντονότερη με αύξηση της διαμέτρου του κυλίνδρου ελέγχου, καθώς και με μείωση της απόστασης μεταξύ των δύο κυλίνδρων. Η χρήση κατάλληλα τοποθετημένου κυλίνδρου ελέγχου με διάμετρο ίση προς το 1/7 της διαμέτρου του κύριου κυλίνδρου μειώνει την απαίτηση σε μήκος ολίσθησης για την πλήρη αναίρεση του δρόμου δινών κατά περίπου 50%. Τέλος, η χρήση υδροφοβικότητας σε τμήμα μόνο της επιφάνειας του κύριου κυλίνδρου, εξαιρουμένης της περιοχής του πίσω σημείου ανακοπής, οδηγεί σε περαιτέρω μείωση της απαίτησης σε μήκος ολίσθησης για την πλήρη σταθεροποίηση της ροής, συγκεκριμένα κατά 10%. Η δυνατότητα σημαντικής μείωσης της απαίτησης σε μήκος ολίσθησης και εύρος της υδροφοβικής επιφάνειας καθιστά το παρόν σχήμα ελέγχου ενδιαφέρον στο πλαίσιο μιας μελλοντικής εφαρμογής του σε κατασκευές.