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.
Conical vortices generated at the corner regions of large-span flat roofs have been investigated by using the Particle Image Velocimetry (PIV) technique. Mean and instantaneous vector fields for velocity, vorticity, and streamlines were measured at three visual planes and for two different flow angles of $15^{\circ}$. The results indicated that conical vortices occur when the wind is not perpendicular to the front edge. The location of the leading edge corresponding to the negative peak vorticity and maximum turbulent kinetic energy was found at the center of the conical vortex. The wind pressure reaches the maximum near the leading edge roof corner, and a triangle of severe suctions zone appears downstream. The mean pressure in uniform flow is greater than that under turbulent flow condition, while a significant increase in the fluctuating wind pressure occurs in turbulent streams. From its emergence to stability, the shape of the vortex cross-section is nearly elliptical, with increasing area. The angle that forms between the vortex axis and the leading edge is much smaller in turbulent streams. The detailed flow structures and characteristics obtained through FLUENT simulation are in agreement with the experimental results. The three dimensional (3-D) structure of the conical vortices is clearly observed from the comprehensive arrangement of several visual planes, and the inner link was established between the vortex evolution process, vortex core position and pressure distribution.
An experimental study providing additional knowledge of quasi-conical symmetry in swept shock wave/turbulent boundary-layer interactions is described. When a turbulent boundary layer on the flat plate is subjected to interact with a swept planar shock wave, the interaction flowfield far from fin leading edge has a nature of conical symmetry, which topological features of the interaction flow appear to emanate from a virtual conical origin. Surface streakline patterns obtained from the kerosene-lampblack tracings have been utilized to obtain representative surface features of the flow, including the location of the virtual conical origin. The scaling law for the sharp-fin interactions suggested by previous investigators has been reexamined for different freestream Mach numbers. It is noticed that the scaling law reasonably agrees with the present experimental data, however, that the law is not appropriate to estimate the location of the virtual conical origin. Further knowledge of the correlation for the virtual conical origin has thus been proposed.
The objective of the paper was to measure the pressure drop and to investigate the recirculation region of the conical orifices used in Kwang-yang Iron & Steel Company. The flow field with water used as a working fluid was the turbulent flow for Reynolds number of $2{\times}10^4$. The effective parameters for the pressure drop and the recirculation region were the conical orifice's inclined angle (${\theta}$) against the wall, the interval(L) between orifices, the relative angle of rotation(${\alpha}$) of the orifices, the shape of the orifice's hole(circle, rectangle, triangle) having the same area. It was found that the shape of the orifice's hole affected the pressure drop and the flow field a lot, But the other parameters did not make much differences to the pressure drop. The PISO algorithm with FLUENT code was employed.
The flowfields inside a contour and a conical nozzle exhausting into a straight cylindrical supersonic diffuser are computed by solving numerically axisymmetric turbulent compressible Navier-Stokes equations for stagnation to ambient pressure ratios in the range 20 to 34. The diffuser inlet-to-nozzle throat area ratio and exit-to-throat area ratio are 21.77, and length-to-diameter ratio of the diffuser is 5. The flow characteristics of the conical and contour nozzle are compared with the help of velocity vector and Mach contour plots. The variations of Mach number along the centre line and wall of the conical nozzle, contour nozzle and the straight supersonic diffuser indicate the location of the shock and flow characteristics. The main aim of the present analysis is to delineate the flowfields of conical and contour nozzles operating under identical conditions and exhausting into a straight cylindrical supersonic diffuser.
The Characteristics of the conical vortices on the roof surface of a low-rise building has been investigated by using a PIV(Particle Image Velocimerty) technique. The scaled model of TTU building with 1:92 scaling ratio was used. The Reynolds number based on the free stream velocity and the length of the model was $1.96{\times}10^5$. When the angle of attack for the building model is $45^{\circ}$, the conical vortices are occurred symmetrically and the center of vortices are changed with respect to the angle of the approaching flow. The rotating direction of the conical vortices found to be counter-rotating. The secondary vortex motions are investigated using the instantaneous flow field data.
Purpose: The objective of this study is to evaluate the performance of the conical solar concentrator (CSC) system, whose design is focused on increasing its collecting efficiency by determining the optimal conical angle through a theoretical study. Methods: The design and thermal performance analysis of a solar concentrator system based on a $45^{\circ}$ conical concentrator were conducted utilizing different mass flow rates. For an accurate comparison of these flow rates, three equivalent systems were tested under the same operating conditions, such as the incident direct solar radiation, and ambient and inlet temperatures. In order to minimize heat loss, the optimal double tube absorber length was selected by considering the law of reflection. A series of experiments utilizing water as operating fluid and two-axis solar tracking systems were performed under a clear or cloudless sky. Results: The analysis results of the CSC system according to varying mass flow rates showed that the collecting efficiency tended to increase as the flow rate increased. However, the collecting efficiency decreased as the flow rate increased beyond the optimal value. In order to optimize the collecting efficiency, the conical angle, which is a design factor of CSC, was selected to be $45^{\circ}$ because its use theoretically yielded a low heat loss. The collecting efficiency was observed to be lowest at 0.03 kg/s and highest at 0.06 kg/s. All efficiencies were reduced over time because of variations in ambient and inlet temperatures throughout the day. The maximum efficiency calculated at an optimum flow rate of 0.06 kg/s was 85%, which is higher than those of the other flow rates. Conclusions: It was reasonable to set the conical angle and mass flow rate to achieve the maximum CSC system efficiency in this study at $45^{\circ}$ and 0.06 kg/s, respectively.
The objective of this study is to understand the flow above the front edge of low-rise building roofs. The greatest suction on the building is known to occur at this location as a result of the formation of conical vortices in the separated flow zone. It is expected that the relationship between this suction and upstream flow conditions can be better understood through the analysis of the vortex flow mechanism. Experimental measurements were used, along with predictions from numerical simulations of delta wing vortex flows, to develop a model of the pressure field within and beneath the conical vortex. The model accounts for the change in vortex suction with wind angle, and includes a parameter indicating the strength of the vortex. The model can be applied to both mean and time dependent surface pressures, and is validated in a companion paper.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.25
no.4_2
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pp.637-644
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2022
In this study, the flow characteristics according to the shape of the vortex nozzle was studied by numerical analysis and the amount of microbubble generation was measured experimentally. The shape of the vortex nozzle is cylindrical, diffuser, and conical type. The axial fluid velocity in the induced tube gradually increased from the inlet to the outlet. In particular, the fluid velocity in the nozzle part increased rapidly. The velocity distribution of the fluid at the inlet of the induced tube showed that the flow rotates counterclockwise in the outer region and the inner center of the induced tube. At the outlet of the induced tube, the cylindrical and conical type showed rotational flow, and the diffuser type showed irregular turbulent flow. The dimensionless pressure ratio 𝜂 of the inner region of the induced tube was lower than that of the outer region. Also, 𝜂 near the outlet of the induced tube in cylindrical and conical type showed a similar tendency to the inlet area. At the outer region of inlet of induced tube, intense vorticity was observed on the wall and in lower region. At the inner region of inlet of induced tube, intense vorticity was observed on the inner wall of the induced tube and in the central region of the inlet of the induced tube. At the outlet of induced tube, in the case of the cylindrical and conical type, intense vorticity was observed near the inner wall, the diffuser type showed irregular strong vorticity inside the tube. The total number of bubbles measured was the most in the cylindrical type, and the microbubbles less than 50mm occurred the most in the conical type.
An active stimulating device (ASD) using a rope apparatus may operated by the flow of turbulence inside a cod end, generating variable stimuli in addition to flow-related effects to minimize the by-catch of juvenile fishes. Preliminary testing involved a hydrodynamic effect inside the cod end with a rotating rope kite or conical rope array to generate variable stimuli (visual stimuli, water flow, or physical contact with fish) to change fish position. The experimental rope kite offered more choice in rotating period and range of sweeping action; adjusting the towing line or flow velocity helped to drive fish toward the net panel and encouraged escape. The conical shape of the rope array in the cod end helped to clear a path for fish by disturbing the rigging and providing more contrast between objects, preventing an optomotor response. This enabled more black porgy to be herded toward the net at an early stage of towing. Therefore, either a conical rope array or a rotating rope kite can be used as an effective ASD to prevent juvenile by-catch.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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