A spike attached to a blunt nosed body significantly alters its flow field and influences the aerodynamic coefficients at hypersonic speed. The basic body is an axisymmetric, with a hemisphere nose followed by a cylindrical portion. Five different types of spikes, namely, conical aerospike, hemisphere aerospike, flat-face aerospike, hemisphere aerodisk and flat-face aerodisk are attached to the basic body in order to assess the aerodynamic characteristic. The spiked blunt body without the aerospike or aerodisk has been set to be a basic model. The coefficients of drag, lift and pitching moment were measured with and without blunt spike body for the length-to-diameter ratio (L/D) of 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0, at Mach 6 and angle of attack up to 8 degrees using a strain gauge balance. The measured forces and moment data are employed to determine the relative performance of the aerodynamic with respect to the basic model. A maximum of 77 percent drag reduction was achieved with hemisphere aerospike of L/D = 2.0. The comparison of aerodynamic coefficients between the basic model and the spiked blunt body reveals that the aerodynamic drag and pitching moment coefficients decrease with increasing the L/D ratio and angle of attack but the lift coefficient has increasing characteristics.
본 연구에서는 항공기의 형상에 따른 유동의 속도 분포와 압력을 해석하여 그 비행 성능을 조사하였다. 비행기에 표면에 부하되는 유동 속도와 그 압력을 서로 비교하기 위하여 뚜렷한 형상의 항공기들로서, Model A와 B는 뭉툭하고 날카로운 형상을 지니고 있다. 비행기 주위에 흐르는 유동의 최대속도가 적을수록 운행의 저항이 덜 발생하여 연료 소모가 줄어든다는 것을 유추할 수 있으며 이는 뭉툭한 model A보다 날카로운 model B 가 더 효율적인 것을 확인할 수 있다. 본 연구 결과로서는 날개 부위와 본체의 헤드 부분을 몸체보다 큰 압력을 견딜 수 있게 설계해야 하며 뭉툭한 형태인 Model A로 설계하였을 때보다 Model B인 날카로운 형태로 하면 유동에 의한 압력을 보다 더 버틸 수 있다고 보인다.
Using a semi-circled blunt body model, the geometrical effects of injection hole on the turbine blade leading edge film cooling are investigated. The film cooling characteristics of two shaped holes (laterally- and streamwise-diffused holes) and three cylindrical holes with different lateral injection angles, 30°, 45°, 60°, respectively, are compared with those of cylindrical hole with no lateral injection angle experimentally and numerically. Kidney vortices, which decrease the adiabatic film cooling effectiveness, appear on downstream of the cylindrical hole with no lateral injection angle. At downstream of the two shaped holes have better film cooling characteristics than the cylindrical one. Instead of kidney vortices, single vortex appears on downstream of injection holes with lateral injection angle. The adiabatic film cooling effectiveness is symmetrically distributed along the lateral direction downstream of the cylindrical hole with no lateral injection angle. But, at downstream of the cylindrical holes with lateral injection angle, the distribution of adiabatic film cooling effectiveness in the lateral direction shows asymmetric nature and high adiabatic film cooling effectiveness regions are more widely distributed than those of the cylindrical hole with no lateral injection angle. As the blowing ratio increases, also, the effects of hole shapes and injection angles increase.
A computational study has been performed to examine the effects of catalytic walls on the stagnation region heat transfer. The boundary conditions for none, finite, and fully catalytic walls have been incorporated into a multi-block compressible Navier-Stokes solver. In the present study, both chemical and thermal non-equilibrium effects were included. The flows over a blunt body model were simulated by varying surface catalytic recombination rates. A full range of catalycities was explored in the context of a constant wall temperature assumption. Detailed information on species concentrations, temperature, and surface heat flux are presented. Comparison with available flight data of surface heat flux is also made.
The human head is identified as the body region most frequently involved in life-threatening injuries. Extensive research based on experimental, analytical and numerical methods has sought to quantify the response of the human head to blunt impact in an attempt to explain the likely injury process. Blunt head impact arising from vehicular collisions, sporting injuries, and falls leads to relative motion between the brain and skull and an increase in contact and shear stresses in the meningeal region, thereby leading to traumatic brain injuries. In this paper the properties and material modeling of the subarachnoid space (SAS) as it relates to Traumatic Brain Injuries (TBI) is investigated. This was accomplished using a simplified local model and a validated 3D finite element model. First the material modeling of the trabeculae in the Subarachnoid Space (SAS) was investigated and validated, then the validated material property was used in a 3D head model. In addition, the strain in the brain due to an impact was investigated. From this work it was determined that the material property of the SAS is approximately E = 1150 Pa and that the strain in the brain, and thus the severity of TBI, is proportional to the applied impact velocity and is approximately a quadratic function. This study reveals that the choice of material behavior and properties of the SAS are significant factors in determining the strain in the brain and therefore the understanding of different types of head/brain injuries.
In the present study, an improved version of 4-equation low-Reynolds-number 4-equation model is proposed. The equations of the temperature variance ($k_{\theta}$) and its dissipation rate(${\varepsilon}_{\theta}$) are solved, in concert with the equations of the turbulent kinetic energy(k) and its dissipation rate(${\varepsilon}$). In the present model, the near-wall effect and the non-equilibrium effect are fully taken into consideration. The validation of the model is then applied to the turbulent flow behind a backward-facing step and the flow over a blunt body. The predicted results of the present model are compared and evaluated with the relevant experiments.
The nonlinear low-Reynolds-number k..epsilon. model of park and Sung is extended to predict the turbulent heat transports in separated and reattaching flows. The equations of the temperature variance( $k_{\theta}$ and its dissipation rate(.epsilon.$_{\theta}$ are solved, in concert with the equations of the turbulent kinetic energy(k) and its dissiation rate(.epsilon). In the present model, the near-wall effect and the non-equilibrium effect are fully taken into consideration. The validation of the model is then applied to the turbulent flow behind a backward-facing step and the flow over a blunt body. The predicted results of the present model are compared and evaluated with the relevant experiments.
A forward-facing aerospike attached to a payload fairing of a satellite launch vehicle significantly alters its flowfield and decreases the aerodynamic drag in transonic and low supersonic speeds. The present payload fairing is an axisymmetric configuration and consists of a blunt-nosed body along with a conical section, payload shroud, boat tail and followed by a booster. The main purpose of the present numerical simulations is to evaluate flowfield and assess the performance of aerodynamic drag coefficient with and without aerospike attached to a payload fairing of a typical satellite launch vehicle in freestream Mach number range 0.8 ≤ M∞ ≤ 3.0 and freestream Reynolds number range 33.35 × 106/m ≤ Re∞ ≤ 46.75 × 106/m whichincludes the maximum aerodynamic drag and maximum dynamic conditions during ascent flight trajectory of the satellite launch vehicle. A numerical simulation has been carried out to solve time-dependent compressible turbulent axisymmetric Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. The closure of the system of equations is achieved using the Baldwin-Lomax turbulence model. The aerodynamic drag reduction mechanism is analysed employing numerical results such as velocity vector plots, density and Mach contours in conjunction with the experimental flow visualization pictures. The variations of wall pressure coefficient over the payload fairing with and without aerospike are exhibiting different kind of flowfield characteristics in the transonic and low supersonic speeds. The numerically computed results are compared with schlieren pictures, oil flow patterns and measured wall pressure distributions and exhibit good agreement between them.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제32권1호
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pp.110-118
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2008
It is essential for the valid design of a marine flow-control valve to exactly know its flow characteristics. The present study has numerically investigated the flow characteristics inside a marine throttle-type globe valve using a kind of commercial CFD code, CFX10.0, with an adoption of the SST (Shear-Stress Transport) turbulence model. To validate the numerical approach, the flow coefficients are compared with the experimental ones. Results show that the globe valve is effective in the control of flow rate according to the opening ratio in case of the forward-direction flow, whereas it is effective in the flow shutoff in case of the reverse-direction flow. Around the inlet of the valve, a recirculation region is formed due to the blunt body shape, the turbulence intensity becomes strengthened and then an abrupt pressure loss occurs.
Modelling an equilibrium atmospheric boundary layer (ABL) in computational wind engineering (CWE) and relevant areas requires the boundary conditions, the turbulence model and associated constants to be consistent with each other. Among them, the inflow boundary conditions play an important role and determine whether the equations of the turbulence model are satisfied in the whole domain. In this paper, the idea of modeling an equilibrium ABL through specifying proper inflow boundary conditions is extended to the SST $k-{\omega}$ model, which is regarded as a better RANS model for simulating the blunt body flow than the standard $k-{\varepsilon}$ model. Two new sets of inflow boundary conditions corresponding to different descriptions of the inflow velocity profiles, the logarithmic law and the power law respectively, are then theoretically proposed and numerically verified. A method of determining the undetermined constants and a set of parameter system are then given, which are suitable for the standard wind terrains defined in the wind load code. Finally, the full inflow boundary condition equations considering the scale effect are presented for the purpose of general use.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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