Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.1
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pp.108-116
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2001
The vortex tube is a simple device which separates fluid stream into a cold stream and a hot stream without any chemical reaction. The process of energy separation in the vortex tube has caused a great deal of interest. Although many studies on energy separation in the vortex tube using air as the working fluid have been made so far, few experimental studies treated energy separation for incompressible fluid. So, an experimental study for the energy separation in the vortex tube using the water which is essentially an incompressible fluid is presented. When working fluid is the water, the best geometric values of nozzle area ratio and number of nozzle holes are 0.155, 6 respectively. These geometric values are showed by the similar values which are presented by compressible fluid as working fluid. But hot side mass fraction of which maximum temperature drop is happened are different from compressible fluid.
Axisymmetric compressible flow field induced by shock diffraction from a finite cone is investigated with experimental and computational methods. Double-exposure holographic interferograms show ima ges of the density field integrated along the light path. Using the sight-integrated density based on the Able transformation, the axisymmetric computational results are compared qualitatively with the experiment. In the present paper, we observed some distinguishing flow physics: the fault structure of vortex ring, the shock-vortex interaction, and the morphological transformation of shock waves.
We study a conceptual numerical model on shock-vortex interaction setting an impulsive shock in a compressible vertex. Navier-Stokes equations are solved for the investigation of interactive structure and acoustic wave propagation. The rotationally symmetric vortex enforces two compression-expansion pairs resultantly forming a quadrupolar shape. These compressive and expansive waves cylindrically propagate to the far field and turn to acoustic waves. Using a fine uniform Cartesian grid system and a TVD-high resolution method, the flow data irl: precisely obtained to extend our interest to the sound source.
Navier-Stokes computation based on a new simplified model is proposed to investigate the interactions of a moving shock wave with multiple vortices arranged in the serial manner. This model problem simulates shock-vortexlet interactions at the shear layer of a compressible vortex often observed in the experiment. Applying the Foppl's idea, we extended the Rankin's model generally used for the description of a single vortex to the multi-vortex version. The acoustic pulses accelerated and decelerated are successively generated and propagated from each shock-vortex interaction, which simply explains the genesis of eccentrically diverging acoustic waves appearing in the experimental photograph.
An analytic approach is attempted to predict the amplification of turbulence in compressible flows experiencing one-dimensional and axisymmetric bulk dilatation. The variations of vortex radius and vorticity are calculated, and then the amplification of turbulence is obtained from them by tracking three representative vortices. For a one-dimensionally compressed flow, the present analysis slightly underestimates the amplification of velocity fluctuations and turbulent kinetic energy, relative to that of rapid distortion theory in the solenoidal limit. For an axisymmetrically distorted flow, the amplification of velocity fluctuations and turbulent kinetic energy depend not only on the density ratio but also on the ratio of streamwise mean velocities, which represents streamwise vortex contraction/stretching. In all flows considered, the amplification of turbulence is dictated by the mean density ratio. In the axisymmetric flow, streamwise vortex stretching/contraction, however, alters the amplification slightly.
Three-dimensional endwall flow within a linear cascade passage of high performance turbine blade is simulated with a 3-D Wavier-Stokes CFD code (MOSA3D), which is based on body-fitted coordinate system, pressure-correction and finite volume method. the endwall flow characteristics, including the development and generation of horseshoe vortex, passage vortex, etc. are clearly simulated, consistent with the generally known tendency The effects of both turbulence model and convective differencing scheme on the Prediction performance of endwall flow are systematically analyzed in the present paper. The convective scheme is found to have stronger effect than the turbulence modei on the prediction performance of endwall flow. The present simulation result also indicates that the suction leg of the horseshoe vortex continues on the suction side until it reaches the trailing edge.
The vortex flow characteristics of a sharp-edged delta wing at high angles of attack were studied using a computational technique. Three dimensional, compressible Reynolds-averaged Navier-Stokes equations were solved to understand the effects of the angle of yaw, angle of attack, and free stream velocity on the development and interaction of vortices and the relationship between suction pressure distributions and vortex flow characteristics. The present computations gave qualitatively reasonable predictions of vortical flows over a delta wing, compared with past wind tunnel measurements. With an increase in the angle of yaw, the symmetry of the pair of leading edge vortices was broken and the vortex strength was decreased on both windward and leeward sides. An increase in the free stream velocity resulted in stronger leading edge vortices with an outboard movement.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.40
no.5
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pp.405-412
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2012
A flow control on airfoil installed a vortex cell for high efficiency wind turbine blade in stationary and dynamic stall conditions have been numerically investigated by solving the compressible Navier-Stokes equations. The numerical scheme is based on a node-based finite-volume method with Roe's flux-difference splitting and an implicit time-integration method coupled with dual time step sub-iteration. The computed result for the airfoil in the stationary showed that lift-drag ratio increases due to low pressure by the vortex cell. The oscillating airfoil with the vortex cell showed that the magnitude of hysteresis loop is reduced due to the enhanced vortex in the cell.
Large eddy simulation is used to investigate the compressible flow over a cavity with high aspect ratio. The sub-grid scale stresses are modeled using the dynamic model. The compressible Navier-Stokes equations are solved with the sixth order accurate compact finite difference scheme in the space and the 4th order Runge-Kutta scheme in the time. The buffer Bone techniques are used for non-reflecting boundary conditions. The results show the shear layer oscillation over the cavity. The votical disturbances, the roll-up of vorticity, and impingement and scattering of vorticity at the downstream cavity edge can be seen in the shear layer. Several peaks for the resonant frequencies are found in the spectra of the vertical velocity at the center-line. The most energetic Peak near the downstream edge is different from that at the center part of the cavity The pressure has its minimum value in the vortex core inside the cavity, and becomes very high at the downstream face of the cavity. The variation of the model coefficient predicted by the dynamic model is quite large between 0 and 0.3. The model coefficient increases in the stream-wise evolution of the shear layer and sharply decreases near the wall due to the wall effect.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.7
no.1
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pp.40-48
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2003
Large eddy simulation is used to investigate the compressible flow over a open cavity, The sub-grid scale stresses are modeled using the dynamic model. The compressible Navier-Stokes equations are solved with the sixth order accurate compact finite difference scheme in the space and the 4th order Runge-Kutta scheme in the time. The results show a typical flow pattern of the shear layer mode of oscillation over the cavity. The votical disturbances, the roll-up of vorticity, and impingement and scattering of vorticity at the downstream cavity edge can be seen in the shear layer. Predicted acoustic resonant frequency is in good agreement with that of the empirical formula. The mean flow streamlines are nearly horizontal along the mouth of the cavity. The pressure has its minimum value in the vortex core inside the cavity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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