An experimental study was made of a turbulent separation bubble over a blunt body, where unsteady wake was generated by a spoke wheel-type wake generator with 24 cylindrical rods. The influence of unsteady wake on the turbulent separation bubble was scrutinized by altering the rotating direction (CW and CCW) and the normalized passing frequency ($0≤St_H≤0.20). The Reynolds number based on the cylindrical rod was $Re_d=4,000$ and the Reynolds number based on the blunt body was $Re_H=6,000$. As an introductory study, time-averaged measurements were performed to portray the turbulent separated flow over the blunt body with unsteady wake. To delineate the wall-pressure fluctuations over the turbulent separation bubble, a 32-channel microphone array was installed inside the blunt body. As a detailed study of the flow structures, large-scale vortical structures of a turbulent separation bubble under the influence of an unsteady wake were investigated. The mechanism of vortex shedding from the separation bubble was analyzed in detail by taking a conditional average as well as a phase average. Spatial-box-filtering (SBF) was used to extract the large-scale vortical structure from the turbulent separation bubble affected by the unsteady wake. As an attempt to understand the flow field, the time scale-variant flow structure of a turbulent separation bubble under the influence of an unsteady wake was introduced and investigated. Maximal overlap discrete wavelet transform (MODWT) was used to extract scale-resolved vortical structure from the turbulent separation bubble affected by the unsteady wake.
Another experimental study was made of a turbulent separated flow over a backward-facing step, where unsteady wake was generated by a spoke wheel-type wake generator with cylindrical rods. The influence of unsteady wake was scrutinized by rotating the wake generator by changing the normalized passing frequency ($0≤St_H≤0.40$). The Reynolds number based on the step height was $Re_H=33,000$ and the Reynolds number based on the cylindrical rod was $Re_d=6,700$. The effect of rotating speed was examined first, and then a detailed measurement was performed at an optimal forcing frequency. At the optimal frequency, the reattachment length ($x_R$) was reduced by 11%. Spatial-box-filtering (SBF) was used to extract the large-scale vortical structure from the turbulent separation bubble, where the separation bubble is affected by the unsteady wake. The mechanism of vortex shedding from the separated flow was analyzed in detail by taking a conditional average. This experiment showed some similarities with the previous one. However, due to different configurations for the
wake generator installed in front of the test section, many differences were found in the present experiments.
후류 발생기로부터 주기적인 후류 유동을 생성하여 둔각 물체 주위의 난류 박리 기포를 제어하는 실험을 하였다. 후류 발생기는 스포크 형 후류 발생기로서 24개의 원봉으로 구성되었다. 후류 발생기의 회전 방향을 시계 방향(CW)과 반시계 방향(CCW)으로 구분하여, 후류 유동이 난류 박리 기포에 미치는 영향을 고찰하였다. 주기적인 후류 유동을 스트로할 수($St_H$)로 나타내었고, $0≤St_H≤0.2$에서 실험하여, 가장 효과적인 후류 유동의 주파수 성분($St_H=0.2$)을 구하였다. 레이놀즈 수는 둔각 물체 특성 길이(H)를 기준으로 $Re_H=6,000$, 원봉 지름(d)을 기준으로 $Re_d=4,000$이었다. 연구는 시간 평균적 분석, 조건부 평균적 분석, 웨이브리트 분석의 세 가지 방향으로 이루어 졌다. 유동 소음을 측정할 목적으로 16채널로 구성된 마이크로폰 배열을 유동 벽면에 설치하였다. 열선 풍속계와 마이크로폰 측정을 병행하였고, 평균 속도 및 난류 강도 분포, 벽면 압력 변동 계수 분포, 응집도 등을 측정하였다. $St_H=0$과 CW ($St_H=0.2$), CCW ($St_H=0.2$)의 유사점과 차이점을 비교하여, CCW가 가장 좋은 제어 성능을 나타냄을 확인하였다. 자세한 유동 구조를 관찰하기 위해 공간 분해 필터링(spatial-box-filtering, SBF)을 이용한 조건부 평균법을 압력-속도 측정에 적용하였다. SBF법을 이용하여 $St_H=0$과 CW, CCW인 경우에 대해 대형 와구조를 추출하였고, 주기적인 후류 유동이 대형 와구조를 효과적으로 제어하는 것을 확인하였다. 보다 세부적인 와구조를 관찰하기 위해 최대 중첩 웨이브리트 변환(MODWT)을 도입하였고, 조건부 평균 기법을 결합하였다. 이 방법은 최초로 고안된 것으로 대형 와구조를 특정 주파수 대역으로 나누어서 관찰할 수 있게 한다. 그 결과, 위상 평균으로만 관찰되는 주기적 후류 유동이 조건부 평균으로도 관찰되었다. 그러므로, 웨이브리트 변환을 도입하면, 조건부 평균 기법이 위상 평균 기법을 포함하는 방법으로 발전할 수 있음을 알 수 있었다.
후속 실험으로서, 주기적인 후류룰 가지고 후향 계단 주위 난류 박리 유동을 제어하는 실험을 수행하였다. 24개의 원봉으로 구성된 스포크 형 후류 발생기를 후향 계단 앞에 설치하였으나, 회전 방향에 따른 구분은 두지 않았다. 주기적인 후류 유동을 나타내는 스트로할 수($St_H$)를 $0≤St_H≤0.4$의 범위로 두고 실험하여, $St_H=0.2$가 최적의 제어 효과를 나타냄을 확인하였다. 이 실험에서 레이놀즈 수는 계단 높이(H)를 기준으로 $Re_H=33,000$이고, 원봉 지름(d)을 기준으로 $Re_d=6,700$이었다. 후향 계단 유동에 대해, 시간 평균적 분석과 조건부 평균적 분석에 초점을 두었다. 유동 소음을 측정할 목적으로 32채널로 구성된 마이크로폰 배열을 유동 벽면에 설치하였다. 선행 실험과 마찬가지로 열선 풍속계와 마이크로폰 측정을 병행하였고, 평균 속도 및 난류 강도 분포, 벽면 압력 변동 계수 분포, 응집도, 유동 구조 등을 측정하였다. 후류 발생기를 설치하였으나 가진하지 않은 경우($St_H=0$)와 가진한 경우($St_H=0.2$)로 나누었고, 가진한 경우가 재부착 길이 감소나 벽면 압력 변동 계수 감소 등을 일으키는 원인을 탐구하고자 하였다.
