The boundary layer of a two-dimensional forced convective flow along a persistent moving horizontal needle in an electrically conducting magnetohydrodynamic dissipative nanofluid was numerically investigated. The energy equation was constructed with Joule heating, viscous dissipation, uneven heat source/sink, and thermal radiation effects. We analyzed the boundary layer behavior of a continuously moving needle in Blasius (moving fluid) and Sakiadis (quiescent fluid) flows. We considered Cu nanoparticles embedded in methanol. The reduced system of governing Partial differential equations (PDEs) was solved by employing the Runge-Kutta-based shooting process. Computational outcomes of the rate of heat transfer and friction factors were tabulated and discussed. Velocity and temperature descriptions were examined with the assistance of graphical illustrations. Increasing the needle size did not have a significant influence on the Blasius flow. The heat transfer rate in the Sakiadis flow was high compared with that in the Blasius flow.
The Magazine of the Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea
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v.13
no.1
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pp.5-13
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1984
This analysis of numerical procedure is prediction of laminar flow and heat transfer at two dimension and steady flow in asymmetric sudden expansion channel. At former study, to analyse the flows with separation, the full Navier-Stokes equation is used, but there are many difficulties to analyse, and although significant progress has been made in the development of efficient computational methods for the Navier-Stokes equations, very large computation times are still required. In case of reward-facing flow, boundary-layer equation is used instead of full Navier-Stokes equation to analyse velocity fields, and result of this numerical analysis is good agreement with the given experimental study. In this case, since the computer time required for the boundary-layer calculation is an order of magnitude less than required for the solution of the full Navier-Stokes equation, this boundary-layer model provides a good approximate solution.
International Journal of Aerospace System Engineering
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v.2
no.1
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pp.6-11
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2015
An active flow control technique using blowing and distributed suction on low Reynolds airfoil is investigated. Simultaneous blowing and distributed suction can recirculate the jet flow mass, and reduce the penalty to propulsion system due to avoiding dumping the jet mass flow. Energy is injected into main flow by blowing on the suction surface, and the low energy boundary flow mass is removed by distributed suction, thus the flow separation can be successfully suppressed. Aerodynamic lift to drag ratio is improved significantly using the flow control technique, and the energy consumption is quite low.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.6
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pp.2083-2099
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1991
An experiment has been carried out to investigate the aerodynamic effect of surface roughness on the characteristics of the turbulent separation and reattaching flow downstream of a backward-facing step. The distributions of boundary layer parameters, forward-flow fraction and turbulent stresses in the region near the reattachment point are measured with a split film sensor. It is demonstrated that the streamwise distributions of the forward-flow fraction in the recirculation and reattachment regions are similar, independent of the roughness. The reattachment length is found to be only weakly affected by the roughness. It is also shown that the velocity profile on the rough surface approaches to that of the equilibrium turbulent boundary layer faster than that on the smooth surface in the redeveloping region after reattachment.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.3
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pp.371-379
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1997
A theoretical study for a forced uniform flow impinging on a rotating disk, typically involved in Chemical Vapor Deposition(CVD) and Vapor-phase Axial Deposition(VAD) processes, has been carried out. A set of exact solutions for flow and temperature fields are developed by employing a similarity variable obtained from force balance on a control volume near the disk. The solutions depend on the rotating speed of the disk, .omega., and the forced flow speed toward the disk, a. For constant forced flow speed, the overall boundary layer thickness decreases when the rotating speed increases. Approximately 5%, 15%, and 30% decreases of the thickness are obtained for .omega./a = 2, 5, and 10, respectively, compared to the case of .omega./a = 0 (axisymmetric stagnation point flow). For constant rotating disk speed the boundary layer thickness immediately decreases as the forced flow speed increases, compared to the case of .omega./a .rarw. .inf. (induced flow near a rotating disk). Effects of .omega. and a on heat transfer coefficient are studied and explained with the boundary layer characteristics.
Secondary flows have a huge impact on losses generation in modern low pressure gas turbines (LPTs). At design point, the interaction of the blade profile with the end-wall boundary layer is responsible for up to 40% of total losses. Therefore, predicting accurately the end-wall flow field in a LPT is extremely important in the industrial design phase. Since the inlet boundary layer profile is one of the factors which most affects the evolution of secondary flows, the first main objective of the present work is to investigate the impact of two different inlet conditions on the end-wall flow field of the T106A, a well known LPT cascade. The first condition, labeled in the paper as C1, is represented by uniform conditions at the inlet plane and the second, C2, by a flow characterized by a defined inlet boundary layer profile. The code used for the simulations is based on the Discontinuous Galerkin (DG) formulation and solves the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations coupled with the Spalart Allmaras turbulence model. Secondly, this work aims at estimating the influence of viscosity and turbulence on the T106A end-wall flow field. In order to do so, RANS results are compared with those obtained from an inviscid simulation with a prescribed inlet total pressure profile, which mimics a boundary layer. A comparison between C1 and C2 results highlights an influence of secondary flows on the flow field up to a significant distance from the end-wall. In particular, the C2 end-wall flow field appears to be characterized by greater over turning and under turning angles and higher total pressure losses. Furthermore, the C2 simulated flow field shows good agreement with experimental and numerical data available in literature. The C2 and inviscid Euler computed flow fields, although globally comparable, present evident differences. The cascade passage simulated with inviscid flow is mainly dominated by a single large and homogeneous vortex structure, less stretched in the spanwise direction and closer to the end-wall than vortical structures computed by compressible flow simulation. It is reasonable, then, asserting that for the chosen test case a great part of the secondary flows details is strongly dependent on viscous phenomena and turbulence.
The characteristics of steady two-dimensional laminar boundary layer flow of a viscous and incompressible fluid past a moving wedge with suction or injection are theoretically investigated. The transformed boundary layer equations are solved numerically using an implicit finite-difference scheme known as the Keller-box method. The effects of Falkner-Skan power-law parameter (m), suction/injection parameter ($f_0$) and the ratio of free stream velocity to boundary velocity parameter (${\lambda}$) are discussed in detail. The numerical results for velocity distribution and skin friction coefficient are given for several values of these parameters. Comparisons with the existing results obtained by other researchers under certain conditions are made. The critical values of $f_0$, m and ${\lambda}$ are obtained numerically and their significance on the skin friction and velocity profiles is discussed. The numerical evidence would seem to indicate the onset of reverse flow as it has been found by Riley and Weidman in 1989 for the Falkner-Skan equation for flow past an impermeable stretching boundary.
Shu Soma;Masahiro Ishigaki;Satoshi Abe;Yasuteru Sibamoto
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.7
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pp.2524-2533
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2024
When analyzing containment thermal-hydraulics, computational fluid dynamics (CFD) is a powerful tool because multi-dimensional and local analysis is required for some accident scenarios. According to the previous study, neglecting steam bulk condensation in the CFD analysis leads to a significant error in boundary layer profiles. Validating the condensation model requires the experimental data near the condensing surface, however, available boundary layer data is quite limited. It is also important to confirm whether the heat and mass transfer analogy (HMTA) is still valid in the presence of bulk condensation. In this study, the boundary layer measurements on the vertical condensing surface in the presence of air were performed with the rectangular channel facility WINCS, which was designed to measure the velocity, temperature, and concentration boundary layers. We set the laminar flow condition and varied the Richardson number (1.0-23) and the steam volume fraction (0.35-0.57). The experimental results were used to validate CFD analysis and HMTA models. For the former, we implemented a bulk condensation model assuming local thermal equilibrium into the CFD code and confirmed its validity. For the latter, we validated the HMTA-based correlations, confirming that the mixed convection correlation reasonably predicted the sum of wall and bulk condensation rates.
The effects of nonequilibrium condensation on the shock boundary layer interaction over a transonic bump model were investigated experimentally and numerically. An experiment was conducted using a supersonic indraft wind tunnel. A droplet growth equation was incorporated into two-dimensional Navier-Stokes equation systems. Computations were carried out using a third-order MUSCL type TVD finite-difference scheme with a second-order fractional time step. Computation compared with the experimental results. Nonequilibirum condensation suppressed the boundary layer separation and the pressure fluctuations due to the shock boundary layer interaction. Especially the nonequilbrium condensation was helpful to suppress the high frequency components of the pressure fluctuations.
The effects of nonequilibrium condensation on the shock boundary layer interaction over a transonic bump model were investigated experimentally and numerically. An experiment was conducted using a supersonic indraft wind tunnel. A droplet growth equation was incorporated into two-dimensional Navier-Stokes equation systems. Computations were carried out using a third-order MUSCL type TVD finite-difference scheme with a second-order fractional time step. Computations compared with the experimental results. Nonequilibirum condensation suppressed the boundary layer separation and the pressure fluctuations due to the shock boundary layer interaction. Especially the nonequilibrium condensation was helpful to suppress the high frequency components of the pressure fluctuations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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