The flow fields around an elliptic cylinder of axis ratio AR=2 adjacent to a free surface were investigated experimentally using a water channel. The main objective is to understand the effect of the free surface on the flow structure in the near-wake. The flow fields were measured by varying the depth of cylinder submergence, for each experimental condition, 350 velocity fields were measured using a single-frame PIV system and ensemble-averaged to obtain the spatial distribution of turbulent statics. For small submergence depths a large-scale eddy structure was observed in the near-wake, causing a reverse flow near the free surface, downstream of the cylinder. As the depth of cylinder submergence was increased, the flow speed in the gap region between the upper surface of the cylinder and the free surface increased and formed a substantial jet flow. The general flow structure of the elliptic cylinder is similar to previous results for a circular cylinder submerged near to a free surface. However, the width of the wake and the angle of downward deflection of the shear layer developed from the lower surface of the elliptic cylinder are smaller tan those for a circular cylinder.
The orientation and deformation of polymer chains in a confined channel flow has been investigated. The polymer chain was modeled as a Finitely Extensible Nonlinear Elastic (FENE) dumbbell. The Brownian configuration field method was extended to take the interaction between the flow and local chain dynamics into account. Drag and Brownian forces were treated as anisotropic in order to reflect the influence of the wall in the confined flow. Both Poiseuille flow and 4 : 1 contraction flow were considered. Of particular interest was molecular tumbling of polymer chains near the wall. It was strongly influenced by anisotropic drag and high shear close to the wall. We discussed the mechanism of this particular behavior in terms of the governing forces. The dumbbell configuration was determined not only by the wall interaction but also by the flow type of the geometric origin. The effect of extensional flow on dumbbell configuration was also discussed by comparing with the Poiseuille flow.
Theoretical calculation results are presented for the enhancement of the water mass flow rate through the hydrophobic micro/nano pores in the membrane respectively on the micrometer and nanometer scales. The water-pore wall interfacial slippage is considered. When the pore diameter is critically low (less than 1.82nm), the water flow in the nanopore is non-continuum and described by the nanoscale flow equation; Otherwise, the water flow is essentially multiscale consisting of both the adsorbed boundary layer flow and the intermediate continuum water flow, and it is described by the multiscale flow equation. For no wall slippage, the calculated water flow rate through the pore is very close to the classical hydrodynamic theory calculation if the pore diameter (d) is larger than 1.0nm, however it is considerably smaller than the conventional calculation if d is less than 1.0nm because of the non-continuum effect of the water film. When the driving power loss on the pore is larger than the critical value, the wall slippage occurs, and it results in the different scales of the enhancement of the water flow rate through the pore which are strongly dependent on both the pore diameter and the driving power loss on the pore. Both the pressure drop and the critical power loss on the pore for starting the wall slippage are also strongly dependent on the pore diameter.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.1
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pp.73-84
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2003
A transient analysis on fuel temperatures in an aircraft was studied using the finite difference method. Numerical calculation was performed by an explicit method of modified Dufort-Frankel scheme. Among various missions, close air support mission was considered with 20% hot day ambient condition in subsonic region. The aircraft was assumed to be in turbulent flow. The fuel system model with additional fuel supplies and return concept was considered. As a result of this analysis, the fuel tank temperatures have increased with the increase of the additional fuel supplies. In contrast to tank temperatures, the fuel temperature at the engine inlet has decreased with the increase of additional fuel supplies except in some in-flight phases having high engine fuel flow. From this analysis, the fuel system with the additional fuel supplies and return concept has been shown to be an effective method to decrease the engine inlet fuel temperature. Also, it has been shown that fuel flow rate through fuel/oil heat exchanger is a key factor influencing fuel temperature.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.17
no.11
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pp.1035-1042
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2005
In the present study, the principle of minimum energy is employed to configure the shape of rivulet flowing down an inclined surface. The profile of laminar rivulet is determined by numerical integration. The maximum center thickness, which corresponds to the minimum thickness of falling film, is found to exist regardless of liquid flow rate and is compared with the analytical and experimental data. At small liquid flow rate the center thickness of rivulet and its width increase almost linearly with flow rate. Once the center thickness of rivulet becomes very close to its maximum value, its growth rate retards abruptly. However the width of rivulet increases proportionally to the liquid flow rate and most part of its free surface is as flat as that of stable film. The growth rate of rivulet thickness with respect to liquid flow rate becomes larger at bigger contact angle. The width of rivulet increases rapidly with its flow rate especially at small contact angle, As the liquid-vapor interfacial shear stress increases, the center thickness of rivulet decreases with its flow rate, which is remarkable at small contact angle. However the effect of interfacial shear stress on the width of rivulet is almost negligible.
An experimental investigation of the flow over the rectangular body located in close proximity to a ground board was reported using the particle image velocimetry (PIV) technique. The present experiments were conducted in a closed-loop open surface water channel with the Reynolds number, $Re_H=1.2{\times}10^4$ based on the model height. In addition to the PIV measurements, flow visualization studies were also carried out. The PIV technique provided instantaneous and time-averaged velocity vectors map, vorticity contours, streamline topology and turbulent quantities at various locations in the near wake. In the vertical symmetry plane, the upperbody flow is separated from the sharp top leading edge of the model and formed a large reverse flow region on the upper surface of the model. The flow structure downstream of the model has asymmetric double vortices. In the horizontal symmetry plane, identical separated flow regions occur on both vertical side walls and a pair of primary recirculatory bubbles dominates the wake region.
Separation bubble and conical vortices on a large-span flat roof were observed in this study through the use of flow visualization. The results indicated that separation bubble occurred when the flow was normal to the leading edge of the flat roof. Conical vortices that occur under the cornering flow were observed near the leading edge, and their appearance was influenced by the wind angle. When the wind changed from along the diagonal to deviating from the diagonal of the roof, the conical vortex close to the approaching flow changed from circular to be more oblong shaped. Based on the measured velocities in the conical vortices by flow visualization, a proposed two-dimensional vortex model was improved and validated by simplifying the velocity profile between the vortex and the potential flow region. Through measured velocities and parameters of vortices, the intensities of conical vortices and separation bubble on a large-span flat roof under different wind directions were provided. The quasi-steady theory was corrected by including the effect of vortices. With this improved two-dimensional vortex model and the corrected quasi-steady theory, the mean and peak suction beneath the cores of the conical vortices and separation bubble can be predicted, and these were verified by measured pressures on a larger-scale model of the flat roof.
Kim, Jihoon;Sitorus, Patar Ebenezer;Won, Boreum;Le, Tuyen Quang;Ko, Jin Hwan
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.14
no.2
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pp.12-17
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2016
In this work, we investigate the flow velocity controllability of a diffuser-type multiple hydrofoil duct by experimental and numerical flow visualization approaches. The flow velocity controllability is analyzed by changing the angle of the hydrofoil near the outlet, which is the diffuser, while the incoming flow velocity is 0.6 m/s in the experiment. When the diffuser angle is changed from 0 to 7.5 degree, the maximum velocity inside the duct is varied from 1.35 m/s to 1.52 m/s. Also, it is shown from the numerical analysis that the maximum velocity is varied from 1.09 m/s to 1.17 m/s in the same condition. Thus, the aspect of the acceleration in the duct due to the increase of the diffuser angle is similar between the both approaches. Therefore, the multiple hydrofoil duct can be used to control the flow speed inside the duct for continuously extracting power close to a rated capacity.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.1
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pp.11-18
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2020
The emergence of the flow-through cell (FTC) method has made up for the limitations of previous dissolution test methods, but the high cost of the FTC dissolution devices have seriously hindered the progression of research and application of the FTC. This new design uses a peristaltic pump to simulate the sinusoidal flow rate of a piston pump. The flow profile of each peristaltic pump was sinusoidal with a pulsation of 120 ± 1 pulses per minute, and the flow rate ranged from 1.0 - 36.0 mL/min. The flow control of each channel was adjusted independently so the flow errors of the seven channels were close to 2%. The structure of the system was simplified, and the cost was reduced through manual sampling and immersing the FTC in a water bath. The dissolution rate of the theophylline and aminophylline films was determined, and good experimental results were obtained.
Johannes Strecha;Stanislav Pospisil;Herbert Steinruck
Wind and Structures
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v.39
no.1
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pp.31-45
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2024
This paper examines the flow characteristics around an inclined prism with a U-shaped cross-section ("U-profile") and investigates the connection between the flow and flow-induced vibrations. The study employs a combined approach that involves wind tunnel experiments and computational fluid dynamics (CFD) using an unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) turbulence model. Distinct vortex formation patterns are observed in the flow field surrounding the stationary inclined profile. When the cavity of the profile faces away from the incoming flow, large vortices develop behind the profile. Conversely, when the cavity is oriented towards the oncoming flow, these vortices form within the cavity. Notably, due to the slow movement of these large vortices through the cavity, the frequency at which vortices are shed in the negative inclination case is lower compared to the positive inclination, where they form in the wake. Wind tunnel experiments reveal an intermittent transition between the two vortex formation patterns at zero inclination. Large vortices sporadically emerge both in the cavity and behind the profile. The simulation results demonstrate that when these large vortices occur at a frequency close to the structure's natural frequency, they induce prominent pitch vibrations. This phenomenon is also sought after and presented in coupled vibration experiments. Additionally, the simulations indicate that when the natural frequency of the structure is considerably lower than the vortex shedding frequency, this type of vibration can be observed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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