본 연구에서는 회전 깃(rotor blade)을 폭 방향과 시위방향으로 많은 평면 페 널(panel)들로 나누어 이에 말굽쇠 형 화류(horseshoe vortex)를 분포시키는 양력면 (lifting surface)으로 대치하고 후류는 깃상의 순환(circulation)분포에 의해 그 크 기가 결정되는 와도(vorticity)를 와류격자로 대치하는 와류격자법(Vortex Lattice Method`VLM)을 사용하여 HAWT의 공기역학적 성능 예측을 시도하였다. 그리고 후류의 형상은 근 후류(near wake)와 원후류(far wake)로 나누어 근 후류는 깃의 후연(trail- ing edge)에서의 속도를 갖고 와선(vortex line)이 움직이게 하여 결정하였고 원 후류 는 반무한대 원형화류 실린더(semi-infinite circular vortex cylinder)로 취급하여 결정하였다.
본 논문은 수면하에서 정속으로 움직이는 원형실린더에 의하여 생성되는 강제쇄파에 대한 실험적연구의 제2부이다. 강제쇄파의 역학적 메카니즘을 규명하는 차원에서 쇄파주위 유동의 점성유동 특성을 조사하였다. 이를 위하여 물체와 쇄파영역 후류에서의 속도와 전수두손실 분포를 계측하였으며 쇄파내부의 난류특성을 보기 위하여 열선유속계를 이용하여 난류강도를 계측하였다. 그 결과 쇄파부근과 그 후류에서 경계층유동과 유사한 유속결손과 수두손실분포를 확인하였으며 쇄파와 몰수체 간의 상호작용을 볼 수 있었다. 또한 계측된 난류응력값은 쇄파영역의 난류유동특성을 잘 보여주었다.
Phase averaged velocity fields in the near wake region behind a square cylinder have been (successfully) obtained using randomly sampled PIV data sets. The Reynolds number based on the flow velocity and the vertex height was 3,900. To identify the phase information, we examined the magnitude of circulation and the center of peak vorticity. The center of vorticity was estimated from lowpass filtered vorticity contours (LES decomposition) adopting a sub-pixel searching algirithm. Due to the sinusoidal nature of firculation which is closely related to the instantaneous vorticity, the location of peak voticity fits well with a sine curve of the circulation magnitude. Conditionally-averaged velocity fields represent the barman vortex shedding phenomenon very well within 5 degrees phase uncertainty. The oscillating nature of the separated shear layer and the separation bubble at the top surface are clearly observed. With the hot-wire measurements of Strouhal frequency, we found thats the convection velocity changes its magnitude very rapidly from 25 to 75 percent of the free stream velocity along the streamwise direction when the flow passes by the recirculation region.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제36권8호
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pp.1091-1096
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2012
유한체적법을 기반으로 나비에 스톡스 방정식을 비구조격자로 풀어 실린더 주위의 공력특성을 규명하였다. 보텍스, 속도, 압력, 잔차, 항력계수 등의 데이터를 가지고 분석하였고 레이놀즈 수는 50, 100이다. 유동특성은 Re>50에서 주기적으로 진동하는 소용돌이를 후류에 형성하며 이 현상은 이동하는 실린더에서도 유사한 현상을 보여 주었다. 지면효과는 실린더 위쪽에서 형성된 소용돌이가 벽면에 근접할수록 실린더의 후방으로 길게 늘어나는 형상을 보이고, 실린더와 근접벽면 사이의 유속이 정체되어 실린더와 벽면 사이의 간격이 0.6 에서는 근접 평판과 실린더 사이의 유동이 거의 끊겨짐을 알 수 있었다. 본 수치계산의 검증을 위하여 항력계수를 타 연구결과와 비교하였다.
본 연구에서는 구조적 기본단면인 사각단면중에서 B/D=2,3,4,5 단면을 대상으로 단면주위 흐름상태가 단면의 공기력 특성에 미치는 영향을 살펴보고, 정지/진동하는 B/D=4 사각실린더 주위의 비정상압력장에 POD해석을 도입함으로써 흐름패턴에 따른 POD해석의 고유벡터를 규정하고 실린더 주위 흐름장 안에 공존하는 서로 다른 흐름패턴의 상호간섭과 물리적 모드분해에 관하여 검토하였다. POD해석의 고유벡터 비교를 통해서 칼만와류는 박리버블에 의해서 거의 영향받지 않지만 칼만와류는 단면후류부에서 박리버블의 발달에 상당히 간섭하고 있음을 확인하 였다. 변장비(B/D=2,34,5) 변화에 따른 ${dC_L/d\alpha}$, ${H_1^{*}}$의 정(+)부(-)의 차이, 즉 갤로핑현상에 대한 안정/불안정성은 박리전단층의 재부착에 깊은 관련이 있는 것으로 판단되며 B/D=3,4에서 시간평균적으로 재부착하던 주위흐름장이 칼만와류의 방출을 제어하면 재부착하지 않는 것으로 생각된다. 즉, 칼만와류의 억제는 후류부에서 박리전단층의 곡률이 작아지도록 간섭하고 단면에 있어서 elongation효과를 나타낸다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제25권6호
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pp.1353-1361
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2001
Vortex lock-on or resonance behind a circular cylinder is visualized using a time-resolved PW when a single frequency oscillation is superimposed on the mean incident velocity. For vector processing, a cross-correlation algorithm in conjunction with a recursive correlation and interrogation window shifting techniques is used. Measurements are made of the Karmas and streamwise vertices in the wake-transition regime at Reynolds lumber 360. When lock-on occurs, the vortex shedding frequency is found to be half the oscillation frequency as expected from previous experiments. At the lock-on state, the Karman vortices are observed to be more disordered by the increased strength and spanwise wavelength of the streamwiee vortices, which lead? to a strong three-dimensional motion.
Characteristics of secondary vortices is topologically investigated in the near-wake region of a circular cylinder where the Taylor hypothesis does not hold. The three-dimensional flow fields in the wake-transition regime were measured by a time-resolved PIV. For the analysis in a moving frame of reference, the convection velocity of the Karman vortices is evaluated from the trajectory of vortex center which is defined as the centroid of the vorticity field. Then, a saddle point is obtained by applying the critical point theory. Science the distributions of fluctuating Reynolds stresses defined by triple-decomposition are closely related with the existence of secondary vortices. the physical meaning of them is explained in conjunction with vortex center and saddle point trajectories. Finally, the temporal evolution of streamwise vortex is also discussed.
The present study addresses a computational work to investigate the influence of a turbulent wake flow on the pressure recovery of a subsonic diffuser. The turbulent wake is generated by a cylinder with a small diameter, which is installed at the inlet of a 2-dimensional diffuser. Computation are applied to three-dimensional steady Navier-Stokes equations. The fully implicit finite volume scheme is used to discretize the governing equations. The computational results are qualitatively well compared to the experimental results. The results show that the pressure recovery of the subsonic diffuser is dependent on the diameter and location of cylinder. It is found that a certain diameter and location of the cylinder to generate the turbulent wake give a better pressure recovery, compared with no cylinder flow.
Near-wake flow field of a circular cylinder is studied by means of a cinematic PIV system with high sampling rate and large internal memory block. Experiments are conducted in a closed-cycle water tunnel system and a cross-correlation algorithm in conjunction with FFT (Fast Fourier Transform) analysis and an offset correlation technique is used for vector processing. With the help of very high sampling frequency compared to the shedding frequency, it is possible to obtain phase-averaged information of the three-dimensional wake, even though the shedding is not forced but natural. Phase-locked vortical structures observed simultaneously from the spanwise and cross-stream planes are displayed in the wake-transition regime where fine-scale secondary vortices have a spanwise wavelength or around one diameter. Spatial relations and temporal evolutions of the primary Karman vortex and the secondary vortex are also discussed schematically.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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