Boiko, Andrey V.;Kulik, Victor M.;Chun, Ho-Hwan;Lee, In-Won
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.3
no.4
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pp.242-253
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2011
Skin frictional drag reduction efficiency of "stiff" compliant coating was investigated in a wind tunnel experiment. Flat plate compliant coating inserts were installed in a wind tunnel and the measurements of skin frictional drag and velocity field were carried out. The compliant coatings with varying viscoelastic properties had been prepared using different composition. In order to optimize the coating thickness, the most important design parameter, the dynamic viscoelastic properties had been determined experimentally. The aging of the materials (variation of their properties) during half a year was documented as well. A design procedure proposed by Kulik et al. (2008) was applied to get an optimal value for the coating thickness. Along with the drag measurement using the strain balance, velocity and pressure were measured for different coatings. The compliant coatings with the thickness h = 7mm achieved 4~5% drag reduction within a velocity range 30~40 m/s. The drag reduction mechanism of the attenuation of turbulence velocity fluctuations due to the compliant coating was demonstrated. It is envisioned that larger drag reduction effect is obtainable at higher flow velocities for high speed trains and subsonic aircrafts.
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.
The objective of this work is to propose calibration facility in which a thin film type heat flux sensor can be calibrated under convective flow condition by using a small wind tunnel with the constant temperature plate condition. A small wind tunnel has been built to produce a boundary layer shear flow above a constant temperature copper plate. 12-independent copper blocks, thin film heaters, insulators and temperature controllers were used to keep the temperature of flat plate constant at a specified temperature. Three commercial thin film-type heat flux sensors were tested. Convective calibrations of these gages were performed over the available heat flux range of $1.4{\sim}2.5kW/m^2$. The uncertainty in the heat flux measurements in the convective-type heat flux calibration facility was ${\pm}2.07%$. Non-dimensional sensitivity is proposed to compare the sensitivity calibrated by manufacturer and that of experiment conducted in this study.
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.
Numerical simulation of flow past two-dimensional hill and valley is presented. Application of three turbulence models - the standard and modified (Kato-Launder) $k-{\varepsilon}$ models and standard $k-{\omega}$ model - is discussed. The computational methodology is briefly described. The mean velocity and turbulence intensity profiles, obtained from numerical simulations of flow past the hill, are compared with the experimental data acquired in a boundary-layer wind tunnel at Colorado State University. The mean velocity, turbulence kinetic energy and Reynolds shear stress profiles from numerical simulations of flow past the valley are compared with published experimental data. Overall, the results of simulations employing the standard $k-{\varepsilon}$ model were found to be in a better agreement with the experimental data than those obtained using the modified $k-{\varepsilon}$ model and the $k-{\omega}$ model.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.11
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pp.363-367
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2016
A test section of a supersonic wind tunnel was designed for the analysis of flow characteristics over a backward-facing step with Mach 1.0 slot injection in a supersonic flow of Mach 2.5. The cavity flow of a high-speed vehicle is very complex at supersonic speed, so it is necessary to do experiments using supersonic wind tunnels to verify numerical analysis methods. The previous 2D symmetrical nozzle was replaced with an asymmetrical nozzle. The inviscid nozzle contour was designed using Method of Characteristics (MOC), and the boundary layer thickness correction was reflected by experimental data from the wind tunnel. The results were compared with a CFD analysis. The PID control system was changed to be based on the change of tank pressure. This improved the control efficiency, and the run times of supersonic flow increased by about 1 second. The flow characteristics over a backward facing step with slot injection were visualized by a Schlieren device. This equipment will be used for an experimental study of the film cooling effectiveness over a cavity with various velocities, mass flows, and temperatures.
Ross, Andrew S.;El Damatty, Ashraf A.;El Ansary, Ayman M.
Wind and Structures
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v.21
no.5
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pp.537-564
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2015
Excessive motions in buildings cause occupants to become uncomfortable and nervous. This is particularly detrimental to the tenants and ultimately the owner of the building, with respect to financial considerations. Serviceability issues, such as excessive accelerations and inter-story drifts, are more prevalent today due to advancements in the structural systems, strength of materials, and design practices. These factors allow buildings to be taller, lighter, and more flexible, thereby exacerbating the impact of dynamic responses. There is a growing need for innovative and effective techniques to reduce the serviceability responses of these tall buildings. The current study considers a case study of a real building to show the effectiveness and robustness of the TLD in reducing the coupled lateral-torsional motion of this high-rise building under wind loading. Three unique multi-modal TLD systems are designed specifically to mitigate the torsional response of the building. A procedure is developed to analyze a structure-TLD system using High Frequency Force Balance (HFFB) test data from the Boundary Layer Wind Tunnel Laboratory (BLWTL) at the University of Western Ontario. The effectiveness of the unique TLD systems is investigated. In addition, a parametric study is conducted to determine the robustness of the systems in reducing the serviceability responses. Three practical parameters are varied to investigate the robustness of the TLD system: the height of water inside the tanks, the amplitude modification factor, and the structural modal frequencies.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.5
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pp.407-419
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2008
In this study, the transition Reynolds number of compressible axi-symmetric sharp cone boundary layer is predicted by using a linear stability theory and the -method. The compressible linear stability equation for sharp cone boundary layer was derived from the governing equations on the body-intrinsic axi-symmetric coordinate system. The numerical analysis code for the stability equation was developed based on a second-order accurate finite-difference method. Stability characteristics and amplification rate of two-dimensional second mode disturbance for the sharp cone boundary layer were calculated from the analysis code and the numerical code was validated by comparing the results with experimental data. Transition prediction was performed by application of the -method with N=10. From comparison with wind tunnel experiments and flight tests data, capability of the transition prediction of this study is confirmed for the sharp cone boundary layers which have an edge Mach number between 4 and 8. In addition, effect of wall cooling on the stability of disturbance in the boundary layer and transition position is investigated.
Loredo-Souza, Acir M.;Wittwer, Adrian R.;Castro, Hugo G.;Vallis, Matthew B.
Wind and Structures
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v.24
no.6
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pp.657-677
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2017
This paper discusses some features and conditions that characterize the Zonda wind, focusing particularly on the implications for wind engineering applications. This kind of wind, typical of mountainous regions, is far from being adequately characterized for computational simulations and proper modeling in experimental facilities such as boundary layer wind tunnels. The objective of this article is to report the research works that are being developed on this kind of wind, describing the main obtained results, and also to establish some general guidelines for the proper analysis of the Zonda in the wind engineering context. A classification for the Zonda wind is indicated and different cases of structural and environmental effects are described. Available meteorological data is analyzed from the wind engineering point of view to obtain the Zonda wind gust factors, as well as basic wind speeds relevant for structural design. Some considerations and possible directions for the Zonda wind-tunnel and computational modeling are provided. Gust factor values larger than those used for open terrain were obtained, nevertheless, the basic wind speed values obtained are similar to values presented by the Argentinian Wind Code for three-second gust, principally at Mendoza airport.
This paper considered the structural mechanism of transitional boundary layer by the experimental approach. In order to measure the turbulence quantity in the boundary layer, we made a wind tunnel with 400${\times}$190${\times}$2500 mm test section and a flat plate with well fabricated leading edge. Hot wire anemometer was used for acquiring the continuous turbulence signal which is processed by special software. The results of experiment show that the region where turbulence spot is dominant moves from near wall to overall layer and thus the anisotropy of velocity fluctuation shows so large value. Also the turbulence energy originally contained in low frequency band comes up to the high frequency band. Finally the turbulence model needs minimum two length scales to consider the pre-transition region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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