The work performed in this thesis explores new ways of reducing the drag of ground vehicles. Specifically, the effect of plasma actuators are investigated numerically with the intention to delay separation around a half-cylinder, a geometry chosen to represent a simplified A-pillar of a truck. The plasma actuators have to be included in turbulent flow simulations. Therefore, emphasis is first put on finding a numerical model that can reproduce the effect of the plasma without increasing the computational cost. This effect is modeled through a body force term added to the Navier-Stokes equations. To determine the strength and spatial extent of this body force, optimization was performed to minimize the difference between experimental and simulated profiles of plasma induced velocity.  The plasma actuator model is thereafter used in Large Eddy Simulations (LES) of the flow around a half-cylinder at Reynolds number Re=65*10^3 and Re=32*10^3. Two types of actuation cases are performed. In the first case, a single actuator is used. In the second case, a pair of consecutive actuators are used, and their position on the half-cylinder is changed. It is found that a drag reduction of up to 10% is achievable. Moreover, the ideal location for actuation is determined to be near the separation point of the non-actuated flow.  Finally, dynamic mode decomposition (DMD) is investigated as a tool to extract coherent dynamic structures from a turbulent flow field. The DMD is first used to analyze a channel flow where pulsations are imposed at a known frequency. It is found that DMD gives similar results to phase averaging done at the oscillation frequency. However, the presence of turbulence noise hinders the ability to identify modes at higher harmonics. The DMD is also used to post-process the half-cylinder flow case. There, it is found that the spectrum of the wake is broadband. Nevertheless, modes within distinct frequency ranges are found to be located in distinct spatial regions. / Arbetet som utförts i denna avhandling undersöker nya sätt att minska luftmotstånd hos markfordon. Speciellt undersöks numeriskt effekten av plasmaaktuatorer med avsikten att uppnå fördröjd separation av strömningen kring en halvcylinder, en geometri vald för att representera en förenklad A-stolpe på en lastbil.  För att kunna utföra studien behöver plasmaaktuatorer kunna ingå i beräkningar av turbulenta strömningsfält. Därför undersöks först sätt för att hitta en numerisk modell som kan reproducera effekten av plasma utan att öka beräkningskostnad. Plasmaaktuatorn  modelleras i detta arbete genom att ett källterm adderas till Navier-Stokes ekvationer. För att bestämma styrkan och den rumsliga utbredningen hos källtermen, utförs en optimering för att minimera skillnaden mellan experimentella och simulerade profiler av plasma inducerad strömningshastighet.  Plasmaaktuatormodellen används därefter i Large Eddy Simulations (LES) för att beräkna strömningen kring en halvcylinder med Reynolds tal Re=65*10^3 och Re=32*10^3. Två typer av fall studeras. I det första fallet används en enda aktuator. I det andra fallet, är ett par på varandra följande aktuatorer placerade, där aktuatorernas position på halvcylinder ändras. Resultaten visar att en luftmotståndsminskning på upp till 10% kan erhållas. Den idealiska platsen för aktuatorn bedöms vara nära den punkt där strömningen utan aktuator separerar. Slutligen undersöks Dynamic Mode Decomposition (DMD) som ett verktyg för att extrahera koherenta dynamiska strukturer i en turbulent strömning. DMD används först för att analysera pulserande kanalströmning där pulsationen har en känd frekvens. Resultaten visar att DMD ger liknande resultat som då fas-medelvärdesbildning görs vid oscillationsfrekvensen. Förekomsten av turbulens buller hindrar dock möjligheten att identifiera moder vid högre övertoner. DMD används också för att analysera strömningen kring halv-cylindern. I avhandlingen visas att spektrat i vaken är bredbandigt men att även moder inom distinkta frekvensintervall fanns vara belägna i avgränsade områden i vaken. / <p>QC 20170117</p>

This thesis is motivated by the application of active flow control on the cabin of trucks, thereby providing a new means of drag reduction. Particularly, the work presented strives to identify how plasma actuators can be used to reduce the drag caused by the detachment of the flow around the A-pillars. This is achieved by conducting numerical simulations, and is part of a larger project that also includes experimental. The effect of plasma actuators is modeled through a body force, which adds very little computational cost and is suitable for implementation in most CFD solvers. The spatial distribution of this force is described by coefficients which have been optimized against experimental data, and the model was shown to be able to accurately reproduce the wall jet created by a single plasma actuator in a no-flow condition. A half cylinder geometry - a simplified geometry for the A-pillar of a truck - was used in a preliminary Large Eddy Simulation (LES) study that showed that the actuator alone, operated continuously, was not sufficient to achieve a significant reduction of the drag. Nevertheless, a significant drag reduction was obtained by simply increasing the strength of the body force to a higher value, showing that this type of actuation remains relevant for the reduction of drag. In the course of finding ways to improve the efficiency of the actuator, dynamic mode decomposition was investigated as a post-processing tool to extract structures in the flow. Such structures are identified by their spatial location and frequency, and might help to understand how the actuator should be used to maximize drag reduction. Thus a parallel code for dynamic mode decomposition was developed in order to facilitate the treatment of the large amounts of data obtained by LES. This code and LES itself were thereafter evaluated in the case of a pulsating channel flow. By using the dynamic mode decomposition it was possible to accurately extract oscillating profiles at the forcing frequency, although harmonics with lower amplitude compared to the turbulence intensity could not be obtained. / Denna avhandling behandlar tillämpningen av aktiv strömningskontroll för lastbilshytter, vilket är en ny metod för minskning av luftmotståndet. Mer i detalj är det övergripande målet att visa på hur plasmaaktuatorer kan användas för att minska luftmotståndet orsakat av avlösningen runt A-stolparna. In denna avhandling studeras detta genom numeriska simuleringar. Arbetet är en del av ett projekt där även experimentella försök görs. Effekten av plasmaaktuatorer modelleras genom en masskraft, vilket inte ger nämnvärd ökning av beräkningstiden och är lämplig för implementering i de flesta CFD-lösare. Den rumsliga fördelningen av kraften bestäms av koefficienter vilka i detta arbete beräknades utifrån experimentella data. Modellen har visat sig kunna återskapa en stråle nära väggen med god noggrannhet av en enskild plasmaaktuator för en halvcylinder utan strömning. Samma geometri - en halvcylinder som här används som förenklad geometri av A-stolpen på en lastbil - användes i en preliminär LES studie som visade att enbart aktuatorn vid kontinuerlig drift inte var tillräckligt för att uppnå en signifikant minskning av luftmotståndet. En signifikant minskning av luftmotståndet erhölls genom att helt enkelt öka styrkan på kraften, vilket visats att denna typ av strömningskontroll är relevant för minskning av luftmotståndet. I syfte att förbättra effektiviteten hos aktuatorn, studerades dynamic mode decomposition, som ett verktyg för efterbehandling för att få fram flödesstrukturer. Dessa strukturer identifieras genom deras rumsupplösning och frekvens och kan hjälpa till att förstå hur aktuatorerna bör användas för att minska luftmotståndet. En parallelliserad kod för dynamic mode decomposition utvecklades för att underlätta efterbehandlingen av de stora datamängder som fås från LES-beräkningarna. Slutligen, utvärderades denna kod och LES-beräkningar på ett strömningsfall med pulserande kanalflöde. Metoden, dynamic mode decomposition, visade sig kunna extrahera de oscillerande flödesprofilerna med hög noggrannhet för den påtvingade frekvensen. Övertoner med lägre amplitud jämfört med turbulensintensiteten kunde dock inte erhållas. / <p>QC 20150312</p>