The losses at off-design points from a compressor cascade occur due to the deviation from a design incidence angle at the inlet of the cascade. The self-noise from the blade cascade at off-design points comes from a separated boundary layer and vortex sheddings. If the incidence angle to the cascade increases, stalling in blades may occur and the noise level increases significantly. This study applied Large-Eddy Simulations (LES) using deductive and deductive dynamic SGS models to low Mach-number, turbulent flow with each incidence angle to the cascade ranging from -40$^{\circ}$ to +20$^{\circ}$ and compared numerical predictions with measured data. It was observed that the oscillating separation bubbles attached to the suction surface do not modify wake flows dynamically for cases of negative incidence angles. However, an incidence angle greater than 8$^{\circ}$ caused a separated vortex near the leading edge to be shed downstream and created stalling. The computed performance parameters such as drag coefficient and total pressure loss coefficient showed good agreement with experimental results. Noise from the cascade of the compressor is summarized as sound generated by a structure interacting with unsteady, turbulent flows. The hybrid method using acoustic analogy was observed to closely predict the measured overall sound powers and directivity patterns at design and off-design points of blade cascade.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.7
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pp.883-892
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2003
The experiment using three-dimensional laser Dopperr velocimetery (LDV) measurements and the computation using the Reynolds stress model of the commercial code, FLUENT, were conducted to give a clear understanding on the structure of tip leakage flow in a forward-swept axial-flow fan operating at the maximum efficiency condition. The tip leakage vortex was generated near the position of the minimum wall static pressure, which was located at approximately 12% chord downstream from the leading edge of blade suction side, and developed along the centerline of the pressure trough within the blade passages. A reverse flow between the blade tip region and the casing, induced by tip leakage vortex, acted as a blockage on the through-flow. As a result, high momentum flux was observed below the tip leakage vortex. As the tip leakage vortex proceeded to the aft part of the blade passage, the strength of tip leakage vortex decreased due to the strong interaction with the through-flow and casing boundary layer, and the diffusion of tip leakage vortex caused by high turbulence. In comparison with LDV measurement data, the computed results predicted the complex viscous flow patterns inside the tip region, including the locus of tip leakage vortex center, in a reliable level.
A three-dimensional computation was conducted to understand effects of the low Reynolds number on the performance in a low-speed axial compressor at the design condition. The low Reynolds number can originates from the change of the air density became it decreases along the altitude in the troposphere. The performance of the axial compressor such as the static pressure rise wag diminished by the separation on the suction surface and the boundary layer on the hub, which were caused by the low Reynolds number. The total pressure loss at the low Reynolds number was found to be greater than that at the reference Reynolds number at the region from the hub to 90% span. Total pressure loss was scrutinized through three major loss categories in a subsonic axial compressor such as profile loss, tip leakage loss and endwall loss using Denton's loss model, and effects of the low Reynolds number on the performance were analyzed in detail.
To develop the aerodynamic performance, there are widely two group of studies are achieved. The first one is about design of the vehicles geometry and the second one is about aerodynamic devices. Geometry design is highly credible and stable method. But it is not flexible and each parts are related interactively. So if one part geometry are modified, the other parts are required to be redesigned. The other hand, flow control by aerodynamic device is flexible and modulized method. Though it needs energy, relatively little input makes far advanced aerodynamic performance. Synthetic Jet is one of the second group method. The device repeats suction and blowing motion in constant frequency. According to the performance, the flow which are near the flight surface are served momentum. This mechanism can reduce the aerodynamic loss by boundary layer and separated flow. Synthetic jet actuator has several parameters, that influence the flow control. This study focus the parameters effects of the synthetic jet - orifice geometry, frequency, jet speed and etc.
Mean and extreme pressure distributions on a large cantilevered flat roof model are measured in a boundary layer wind tunnel. The largest peak suction values are observed from pressure taps beneath conical "delta-wing type" corner vortices that occur for oblique winds, then the characteristics and causes of the local peak suctions are discussed in detail. Power spectra of fluctuating wind pressures measured from some typical taps located at the roof edges under different wind directions are presented, and coherence functions of fluctuating pressures are also obtained. Based on these results, it is verified that the peak suctions are highly correlated with the conical vortices. Furthermore, according to the characteristics of wind loads on the roof, an aerodynamic solution to minimize the peak suctions by venting the leading edges and the corners of the roof is recommended. The experimental results show that the suggested strategy can effectively control the generation of the conical vortices and make a reduction of 50% in mean pressures and 25% in extreme local pressures at wind sensitive locations on the roof.
Kim, Dong-Joon;Choo, Yun Wook;Kim, Surin;Kim, Jae-Hyun;Choi, Ho-Young;Kim, Dong-Soo;Lee, Man-Soo;Park, Yung-Ho
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.29
no.4
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pp.23-32
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2013
In order to evaluate the bearing capacity behaviour of a monopod suction bucket foundation for an offshore wind tower at the western sea of Korea, a centrifuge load test and numerical analyses were performed. The monopod bucket foundation was designed to be installed in a silty sand layer. The model soil was prepared to simulate a target site by using soil samples having similar properties and controlling relative density. In-flight miniature cone penetration test and bender element array were used to confirm that the model soil had represented the target site conditions. The load - rotation curve of the centrifuge load test was analysed. A series of numerical analyses were performed to validate the experimental conditions. Self-weight of the model, distance to the boundary and elastic modulus of the soil layer were varied to study their effects on the load - rotation curves.
Lee, Young Tae;Boo, Soo Ii;Lim, Hee Chang;Misutani, Kunio
Wind and Structures
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v.23
no.5
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pp.465-483
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2016
This study aims to enhance the understanding of the surface pressure distribution around rectangular bodies, by considering aspects such as the suction pressure at the leading edge on the top and side faces when the body aspect ratio and wind direction are changed. We carried out wind tunnel measurements and numerical simulations of flow around a series of rectangular bodies (a cube and two rectangular bodies) that were placed in a deep turbulent boundary layer. Based on a modern numerical platform, the Navier-Stokes equations with the typical two-equation model (i.e., the standard $k-{\varepsilon}$ model) were solved, and the results were compared with the wind tunnel measurement data. Regarding the turbulence model, the results of the $k-{\varepsilon}$ model are in overall agreement with the experimental results, including the existing data. However, because of the blockage effects in the computational domain, the pressure recovery region is underpredicted compared to the experimental data. In addition, the $k-{\varepsilon}$ model sometimes will fail to capture the exact flow features. The primary emphasis in this study is on the flow characteristics around rectangular bodies with various aspect ratios and approaching wind directions. The aspect ratio and wind direction influence the type of wake that is generated and ultimately the structural loading and pressure, and in particular, the structural excitation. The results show that the surface pressure variation is highly dependent upon the approaching wind direction, especially on the top and side faces of the cube. In addition, the transverse width has a substantial effect on the variations in surface pressure around the bodies, while the longitudinal length has less influence compared to the transverse width.
A wind tunnel consisting of two air flow conditioners with polycarbonate pipes, a plant growth room, a suction fan and fan controller, and fluorescent lamps, was designed to investigate the interactions between the growth of plug seedlings under artificial light and their Physical environments. Light transmissivities in the plant growth room based on the photosynthetic photon flux density and photosynthetically active radiation was appeared to be 96.3% and 96.8%, respectively. Measurement showed a uniformity in the vertical profiles of air current speed at the middle and rear regions of plug trays in wind tunnel. This result indicated that the development of a wind tunnel based on the design criteria of the American Society of Mechanical Engineers was adequate. Air current speed inside the plug stand was significantly decreased due to the resistance by the leaves of plug seedlings and boundary layer developed over and below the plug stand. Driving force to facilitate the diffusion of gas inside the plug stand might be regarded as extremely low. Aerodynamic characteristics above the plug stand under artificial light were investigated. As the air current speed increased, zero plane displacement decreased but roughness length and frictional velocity increased. Zero plane displacement linearly increased with the average height of plug seedlings. The wind tunnel developed in this study would be useful to investigate the effects of air current speed on the microclimate over and inside the plug stand and to collect basic data for a large-scale plug production under artificial light in a semi-closed ecosystem.
Journal of the Institute of Convergence Signal Processing
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v.20
no.4
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pp.199-204
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2019
In the boundary layer, vortical system has been analyzed by the statistical methods to identify the vortex interaction. However, there are the limitations in explaining vortices by the mean velocity or the standard deviation. This paper proposed a method to establish a frequency analysis by Fourier transform in order to simultaneously investigate various scale vortices. For this purpose, the flow visualization conducted to reveal a standing vortex, a hairpin vortex and a wake region around a hemisphere attached on a flat plate in a water channel. In addition, the velocity where the hairpin vortex was being generated in the wake region was measured by a hot-film anemometer. To observe changes in the vortex interaction, suction was applied through a hole in front of the hemisphere. For the evaluation of the proposed frequency analysis, the existing statistical results were compared to the frequency analysis that corresponds to the qualitative results of the flow visualization.
As wind flows around a sharp-edged body, the resulting separated flow becomes complicated, with multiple separations and reattachments as well as vortex recirculation. This widespread and unpredictable phenomenon has long been studied academically as well as in engineering applications. In this study, the flow characteristics around rectangular prisms with five different aspect ratios were determined through wind tunnel experiments and a detached eddy simulation, that placed the objects in a simulated deep turbulent boundary layer at $Re=4.6{\times}10^4$. A series of rectangular prisms with the same height (h = 80 mm), different longitudinal lengths (l = 0.5h, h, and 2h), or different transverse widths (w = 0.5h, h, and 2h) were employed to observe the effects of the aspect ratio. Furthermore, five wind directions ($0^{\circ}$, $10^{\circ}$, $20^{\circ}$, $30^{\circ}$, and $45^{\circ}$) were selected to observe the effects of the wind direction. The simulated results of the surface pressure were compared to the wind tunnel experiment results and the existing results of previous papers. The vortex and spectrum were also analyzed to determine the detailed flow structure around the body. The paper also highlights the pressure distribution around the rectangular prisms with respect to the different aspect ratios. With an increasing transverse width, the surface suction pressure on the top and side surfaces becomes stronger. In addition, depending on the wind direction, the pressure coefficient experiences a large variation and can even change from a negative to a positive value on the side surface of the cube model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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