The effect of modifying the shape of a high-performance EMU train on the aerodynamic drag is studied here using Computational Fluid Dynamics(CFD) based on three dimensional Steady-state Navier-Stokes equation and two equation turbulence modeling. FLUENT 12 and Gambit 2.4.6 are employed for a numerical simulation of the aerodynamic drag of a streamlined-shape train as well as a proto type train. The characteristics of the aerodynamic drag of trains in tunnels are analyzed in a comparison with these characteristics in an open space. The contribution of the aerodynamic drag of each case is also investigated to establish principal pertaining to drag reduction for urban trains in tunnels. The aerodynamic drag of a streamlined train was reduced to 9.8% relative to a proto-type train with a blunt nose and a protruding roof facility and underbody shape: the running resistance is expected to be reduced by as much as 4% at a running speed of 80km/h.
Vortex-induced vibration (VIV) is a significant concern when designing slender structures with square cross sections. VIV strongly depends on structural dynamics and flow states, which depend on the conditions of the approaching flow and shape of a structure. Therefore, the effects of the angle of attack on the coupling effects of VIV for a square cylinder are expected to be significant in practice. In this study, the aerodynamic forces for a fixed and elastically mounted square cylinder were measured using wind pressure tests. Aerodynamic forces on the stationary cylinder are firstly discussed by comparisons of variation of statistical aerodynamic force and wind pressure coefficient with wind angle of attack. The coupling effect between the aerodynamic forces and the motion of the oscillating square cylinder by VIV is subsequently investigated in detail at typical wind angels of attack with occurrence of three typical flow regimes, i.e., leading-edge separation, separation bubble (reattachment), and attached flow. The coupling effect are illustrated by discussing the onset of VIV, characteristics of aerodynamic forces during VIV, and interaction between motion and aerodynamic forces. The results demonstrate that flow states can be classified based on final separation points or the occurrence of reattachment. These states significantly influence coupling effects of the oscillating cylinder. Vibration enhances vortex shedding, which creates strong fluctuations in aerodynamic forces. However, differences in the lock-in range, aerodynamic force, and interaction process for angles of attack smaller and larger than the critical angle of attack revealed noteworthy characteristics in the VIV of a square cylinder.
Jiqiang, Niu;Yingchao, Zhang;Zhengwei, Chen;Rui, Li;Huadong, Yao
Wind and Structures
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v.35
no.6
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pp.405-418
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2022
The aerodynamic behaviour of a CRH high-speed train under three infrastructure scenarios (flat ground, embankment, and viaduct) in the presence of a crosswind was simulated using a 1/8th scaled train model with three cars and the IDDES framework. The time-averaged and instantaneous flow field around the model were examined. The employed numerical algorithm was verified through a wind tunnel test, and the grid and timestep resolution analyses were conducted to ensure the reliability of the data. It was noted that the flow around the rail line was different under different infrastructure scenarios, especially in the case of the embankment, which degraded the aerodynamic performance of the train under the crosswind. The flow around the train on the flat ground and viaduct was different, although the aerodynamic performance of the train was similar in both cases. Moreover, the viaduct accidents were noted to have the most critical consequences, thereby requiring the most attention. The aerodynamic performance of the train on the windward track of the embankment under the crosswind was worse than that of the train on the leeward track. But for the other two infrastructure scenarios, the aerodynamic performance of the train on the windward track is relatively dangerous, which is mainly caused by the head car. These observations suggest that the aerodynamic behaviour of the train on an embankment under a crosswind must be carefully considered and that certain wind protection measures must be adopted around rail lines in windy areas.
Large Eddy Simulation (LES) is used to explore the influence of vibration frequency and amplitude on the aerodynamic performance of a rectangular cylinder with an aspect ratio of B/D=5 (B: breadth; D: depth of cylinder) at a Reynolds number of 22,000 near resonance frequency. In smooth flow conditions, the research employs a sequence of three-dimensional simulations under forced vibration with diverse frequency ratios fe / fo = 0.8-1.2 (fe : oscillation frequency; fo : Strouhal frequency when the rectangular cylinder is stationary ) and oscillation amplitudes Ah/D = 0.05 - 0.3. The individual influences of fe / fo and Ah/D on the characteristics of integrated and distributed aerodynamic forces are the focal points of discussion. For the integrated aerodynamic force, particular emphasis is placed on the analysis of the dependence of velocity-proportional component C1 and displacement-proportional component C2 of unsteady aerodynamic force on amplitude and frequency ratio. Near the resonance frequency, the dependencies of C1 and C2 on amplitude are stronger than that of frequency ratio. For the distributed aerodynamic force, the increase in frequency and amplitude promotes the position of the main vortex core and reattachment to the leading edge in the streamwise direction. In the spanwise direction, vibration enhances the spanwise correlation of aerodynamic force to weaken the three-dimensional effect of the flow field, and a lower frequency ratio and larger amplitude amplify this effect.
Eunjung Kim;Kyung-Ryeo Park;Jieun Heo;Churl-Hee Cho;Yun-Haeng Joe
Particle and aerosol research
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v.19
no.4
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pp.155-164
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2023
APS (Aerodynamic Particle Sizer) and OPC (Optical Particle Counter) have been widely used to real-time measurement of indoor and outdoor aerosols. The APS measures the size distribution based on an aerodynamic diameter, while the OPC uses optical diameter to measure the size distribution of aerosols. Since obtaining a size distribution based on aerodynamic diameter is important to understand aerosol characteristics, lots of researcher had been developed experimental equations which can convert optical diameter into aerodynamic diameter. However, previous studies have conducted repeated experiments on particles having a single diameter. In this study, an experimental method of converting optical diameter into aerodynamic diameter through a single experiment was presented. The collection efficiencies of an axial cyclone were measured using APS and OPC at the same time, and the correlation equation between aerodynamic diameter and optical diameter was driven through a theoretical model. Using the proposed method, the size distribution of NaCl particles measured by OPC showed a high correlation with the size distribution obtained by APS (0.93 of R-squared value). In the tests conducted on ISO A1, A2, and A4 test particles, the converted OPC size distribution tended to be similar to the APS size distribution, and for each of test particles (ISO A1, A2, and A4), the R-squared values for the APS particle size distribution were 0.75, 0.86, and 0.89, respectively.
The effect of incidence angle on the three-dimensional flow and aerodynamic loss in the downstream region of a high-turning turbine rotor blade has been investigated with a straight miniature five-hole probe. The incidence angle is changed to be +10, +5, 0, -10, -20, -30 and -40 degrees. The results show that the positive incidence reinforces the three-dimensional vortical flows within the turbine passage including the passage vortex, but the negative incidence weaken them significantly. A small increment in the positive incidence angle results in a remarkable aerodynamic loss increase, while increasing the incidence angle in the negative range leads to a very small change in the aerodynamic loss.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.5
no.1
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pp.31-50
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1997
A new variable wing that can be swept back and forward synchronously were developed to enhance the aerodynamic and stability characteristics of a high speed airplane. The configuration of the new variable wing changes in such a way that inner part of the wing sweeps forward and outer part of the wing sweeps backward, the shift of aerodynamic center of the wing is small, therfore the static margin that is required for the stability of a airplane is not affected. In this study, various configurations of wing models by combined swept back and forward were designed and a wind tunnel tests were conducted to investigate the aerodynamic characteristics of these variable wings. The experimental results showed that the variable wing by combined swept back and forward has no effect on the pitching moment coefficient affecting on an aircraft stability margin and enhance the aerodynamic characteristics for a given approach angle of attack.
Wind tunnel tests are performed so as to investigate the aerodynamic drag characteristics of HEMU-400x, next generation Korean high speed train. The experiments of 1/20 scaled 5-car train model are done at 30, 40, 50, 60m/s with a normal bogie, a bogie cover, and a streamlined shape. The flat plate with knife edge are installed to minimize the effect of boundary layer of wind tunnel for the train model. The aerodynamic drag reduction was more by a streamlined shape than by a bogie cover from a normal bogie. Based on the experimental results, the aerodynamic drag of HEMU-400x test train(6-car) was predicted. It is prediceted that More bogie cover could reduce more aerodynamic drag of the test train in replacement of normal bogies.
For long-span suspension bridges with their intrinsic limit in flutter, some counter measures, for example, central stabilizers, should be adopted to improve aerodynamic stability to meet with the appropriate wind resistance requirements. The present paper introduces aerodynamic stabilization for long-span suspension bridges with box girders by using central stabilizers based on Xihoumen Bridge with the main span of 1650 m. The aerodynamic stabilization study covers experimental investigation of sectional model testing, comprehensive evaluation of three central stabilizers and theoretical analysis of stabilizing mechanism related to flutter derivatives, aerodynamic damping and degree participation.
This paper is devoted to the non linear quasi-steady aerodynamic loading. A linear approximation is often used to compute the response of structures to buffeting forces. Some researchers have however shown that it is possible to account for the non linearity of this loading. This non linearity can come (i) from the squared velocity or (ii) from the shape of the aerodynamic coefficients (as functions of the wind angle of attack). In this paper, it is shown that this second origin can have significant implications on the design of the structure, particularly when the non linearity of the aerodynamic coefficient is important or when the transverse turbulence is important.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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