Strömungskontrolle in Systemen
Die Luftströmung bei einer Flugzeugtragfläche, der Durchfluss von Erdöl durch lange Pipelines und die Blutzirkulation in Arterien unterliegen alle den physikalischen Gesetzen der Fluidströmung. Aktuelle technologische Fortschritte in den Sensoren und in der Software haben die Nutzung von Strömungskontrollsystemen vorteilhafter und ökonomisch umsetzbar gestaltet. Die numerischen Methoden, die gewöhnlich angewandt werden, sind höchst kompliziert und nicht linear. Es sind vereinfachte Annäherungen nötig, um die Analyse und die Konstruktion von Strömungskontrollsystemen der Mehrheit der Forscher zur Verfügung zu stellen. Dies war der Grund für das EU-finanzierte Projekt "Flow control: Reduced order modelling, nonlinear analysis and control design" (FLOCON). Wissenschaftler wollten zuerst vereinfachte Modelle (mit reduzierter Ordnung) erstellen, um die Grundlagen für die Analyse und die Konstruktion von Strömungskontrollsystemen zu erstellen. Der Fokus lag auf linearen Modellen, die leichter eingesetzt werden können, aber auch auf der Ausweitung auf einfache nicht lineare Modelle. Die Momentangeschwindigkeiten bei bestimmten Zeitintervallen (Schnappschüssen) wurden entweder versuchsweise über Teilchenbildgeschwindigkeitsmessung gesammelt oder theoretisch mit numerischen Strömungsmechaniksimulationen generiert. Das Team nutzte bewährte Techniken, um Modelle mit reduzierter Ordnung aus den Daten zu gewinnen. Es wurde aufgezeigt, dass die Modelle die beobachtete Strömungsdynamik akkurat darstellten. Während der zweiten Hälfte wandte das Team die Modellierungsmethodologie auf das Design eines Strömungskontrollsystems an. Mit dem Testfall konnte die lokale Drehung oder Rotation eines Fluids (Vortizität) hinter einem untertauchten Kreiszylindersystem kontrolliert werden. Nach einer Versuchskampagne, um Eingaben über den Zylinder zu erfassen, beurteilten Forscher ein nicht lineares dynamisches Modell und haben einen Controller entworfen. Sie testeten es numerisch in MATLAB und mit numerischen Strömungsmechaniksimulationen. Dabei wurde beim Controller eine deutliche Reduktion in der Vortizität aufgezeigt. Die Strömungskontrolle ist wichtig, um Nichtlinearitäten und Turbulenzen in vielen industriellen und gewerblichen Anwendungen zu verringern. FLOCON hat wichtige Tools erstellt, mit denen Designer Kontrollsysteme entwickeln können, die potenziellen Einfluss auf die Bereiche Raumfahrt, Verkehr, Energie und Sicherheit haben.
