Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.43
no.3
s.147
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pp.285-293
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2006
Three-dimensional and time-dependent solution for the fluid flow and heat transfer past a circular cylinder with fins is obtained using accurate and efficient spectral methods. A Fourier expansion with a corresponding uniform grid is used along the circumferential direction. A spectral multi-domain method with a corresponding Chebyshev collocation is used along r-z plane to handle fins attached to the surface of a circular cylinder. At the Reynolds number of 300 based on a cylinder diameter, results with fins are compared with those without fins in order to see the effects of the presence of fins on three-dimensional and unsteady fluid flow and heat transfer past a bluff body. The detail structures of fluid flow and temperature field are obtained as a function of time to investigate how the presence of fins changes heat transfer mechanism related to the vortical structure in the wake region.
Kim, Jeong-Hu;Yoon, Hyun-Sik;Tuan H.A.;Chun, Ho-Hwan
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.43
no.3
s.147
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pp.322-330
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2006
Numerical calculations are carried out for flow past a circular cylinder forced oscillating normal to the free-stream flow at a fixed Reynolds number equal to 185. The cylinder oscillation frequency ranged from 0.8 to 1.2 of the natural vortex-shedding frequency, and the oscillation amplitude extended up to 20% of the cylinder diameter. IBM (Immersed Boundary Method) with direct momentum forcing was adopted to handle both of a stationary and an oscillating cylinder Present results such as time histories of drag and lift coefficients for both stationary and oscillating cases are in good agreement with previous numerical and experimental results. The instantaneous wake patterns of oscillating cylinder with different oscillating frequency ratios showed the synchronized wakes pattern in the lock-in region and vortex switching phenomenon at higher frequency ratio than the critical frequency ratio.
In recent years, scientific community has found renewed interest in hypersonic flight research. These hypersonic vehicles undergo severe aero-thermal environment during their flight regimes. During reentry and hypersonic flight of these vehicles through atmosphere real gas effects come into play. The analysis of such hypersonic flows is critical for proper aero-thermal design of these vehicles. The numerical simulation of hypersonic real gas flows is a very challenging task. The present work emphasizes numerical simulation of hypersonic flows with thermal non-equilibrium. Hyperbolic system of equations with stiff relaxation method are identified in recent literature as a novel method of predicting long time behaviour of systems such as gas at high temperature. In present work, Energy Relaxation Method (ERM) has been considered to simulate the real gas flows. Navier-Stokes equations A numerical scheme Advection Upstream Splitting Method (AUSM) has been selected. Navier-Stokes solver along with relaxation method has been used for the simulation of real flow over a circular cylinder. Pressure distribution and heat flux over the surface of cylinder has been compared with experiment results of Hannemann. Present heat flux results over the cylinder compared well with experiment. Thus, real gas effects in hypersonic flows can be modeled through energy relaxation method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.8
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pp.1104-1111
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2000
Erosion-corrosion in a pipe system often occurs at fittings, valves, and weld beads where flow separation and reattachment yield high turbulence intensity. Thus identifying their correlations would be the first step towards resolving the erosion-corrosion problems associated with industrial applications. Bremhorst of the Univ. of Queensland, Australia, proposed that a rotating cylinder with surface roughness (two backward-facing steps periodically mounted on a circular cylinder) be an economical and tractable tool which can generate extreme flow conditions for erosion-corrosion study. In this work, DNS has been carried out for turbulent flows around the same rotating cylinder as his experimental apparatus. Our result shows that a region of intense turbulence intensity and high wall-shear stress fluctuation is formed along the cylinder surface in the recirculating region behind the step, where high mass-transfer capacity is also experimentally observed. Since corrosion is mass-transfer controlled, our finding sheds light on the direction of future corrosion research.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.4
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pp.1458-1471
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1996
The present study is concerned with the heat transfer enhancement associated with a symmetrical or asymmetrical horseshoe vortex in front of and around the circular cylinder centered between the side walls of a wind tunnel. The static pressure measurements and the flow visualization in front of and around cylinders have been performed to determine the existence of horseshoe vortex. The hue-capturing method using the thermochromatic liquid crystals with great spatial resolution was used to obtain the local information of the endwall heat transfer coefficients. In case of one cylinder, the convective heat transfer coefficients of the region where the horseshoe vortex exists are larger than those of any other region. In case of two cylinders with tandem arrangement, the heat transfer rate of gap spacing (d/D= 1.5) is higher than that of gap spacings (d/D=2.0 or 2.5).
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.4
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pp.1-8
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2004
As a computer has been continuously progressed to reduce R&D time and cost, the study of the flow physics has been significantly relied on the numerical method. Recently, Large Eddy Simulation(LES) has been widely used in CFD community to accurately capture the turbulent flows. The LES code requires high accuracy in time, as well as in space. Also, it should have strong robustness to ensure the convergence in various complicated flows. The objective of the present work is to develop a base code for LES simulation, having 2$^{nd}$ order accuracy in time and 4$^{th}$ order accuracy in space. To achieve the present objective, the four-step fractional step method was enhanced by adopting compact Pade'scheme. The standard Smagorinsky model was implemented for the first stage of the present code development. The flows over a cylinder and an airfoil were successfully simulated. and an airfoil were successfully simulated.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.22
no.4
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pp.91-98
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2018
A numerical investigation of stage separation behavior of a two-body vehicle focusing on its flow characteristics is carried out. For this simulation, the separation of a booster from a vehicle is modeled using a chimera grid system and calculated with commercial code, $CFD-FASTRAN^{TM}$. Consideration of spring force, gravity and relative acceleration of a booster is the essential factor of a realistic simulation. In this study, it is validated that the booster separation time decreases with an increase in flight Mach number and angle of attack. In view of results thus far achieved, it is expected that the dynamics modeling and boundary condition set-up applied in this study will be useful for estimating safe stage separation and event sequencing of flight tests.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.11
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pp.1094-1104
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2010
In the previous studies, the validation of numerical codes has been conducted based on the qualitative comparison of predicted ice shapes with experiments, which poses a significant limit on the systematic analysis of ice shapes due to the variation of meteorological conditions. In response to this, the numerical code has been quantitatively validated against available experiment for the ice accretion on cylinders and airfoils in the present study. Ice shapes accumulated on the bodies are systematically investigated with respect to various icing parameters. To this end, maximum thickness, heading direction and ice thickness are quantified and expressed in the polar coordinate system for the comparison with other numerical results. By applying the quantitative analysis, similar shapes are intuitively distinguished. The developed numerical code underestimates the ice accretion area and the ice thickness of lower surface. In order to improve the accuracy, further accurate aerodynamic solver is required for the water droplet trajectories.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.49
no.5
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pp.440-446
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2012
A twisted cylinder has been newly designed by rotating the elliptic cross section along the spanwise direction in order to reduce the drag and vorticies in wake region. The flow around the twisted cylinder at a subcritical Reynolds number (Re) of 3000 is investigated to analyze the effect of twisted spiral pattern on the drag reduction and vortex suppression using large eddy simulation (LES). The instantaneous wake structures of the twisted cylinder are compared with those of a circular and a wavy cylinder at the same Re. The shear layer of the twisted cylinder covering the recirculation region is more elongated than that of the circular and the wavy cylinder. Successively, vortex shedding of the twisted cylinder is considerably suppressed, compared with those of the circular and the wavy cylinder. Consequently, the mean drag coefficient and the fluctuating lift of the twisted cylinder are less than those of the circular and the wavy cylinder.
Understanding particle-laden flow around cylindrical bodies is essential for the better design of various applications such as filters. In this study, laminar flows around two tandem cylinders and the motions of particles in the flow are numerically investigated at low Reynolds numbers. We aim to reveal the effects of the spacing between cylinders, Reynolds number and particle Stokes number on the characteristics of particle trajectories. When the cylinders are placed close, the unsteady flow inside the inter-cylinder gap at Re = 100 shows a considerable modification. However, the steady recirculation flow in the wake at Re = 10 and 40 shows an insignificant change. The change in the flow structure leads to the variation of particle dispersion pattern, particularly of small Stokes number particles. However, the dispersion of particles with a large Stokes number is hardly affected by the flow structure. As a result, few particles are observed in the cylinder gap regardless of the cylinder spacing and the Reynolds number. The deposition efficiency of the upstream cylinder shows no difference from that of a single cylinder, increasing as the Stokes number increases. However, the deposition on the downstream cylinder is found only at Re = 100 with large spacing. At this time, the deposition efficiency is generally small compared to that of an upstream cylinder, and the deposition location is also changed with no deposited particles near the stagnation point.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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