The wind pressure distributions were analyzed through the wind tunnel experiment to provide fundamental criteria for the structural design on the three-span arched house according to the wind directions. In order to investigate the wind force distribution, the variation of the wind force coefficients, the mean wind force coefficients, the drag force coefficients and the lift force coefficients were estimated from the experimental data. The results obtained are as follows : 1. The variation of the wind force with the wind directions on the side walls was the greatest at the upwind edge of the walls. The change of pressure from the positive to the negative on the side walls occurred at the wind direction of 30$^{\circ}$ in the first house and 60$^{\circ}$ in the third house. 2. The maximum negative wind force along the length of the roof appeared at the length ratio of 0-0.2, when the wind directions were 90$^{\circ}$ in the first house, 60$^{\circ}$ in the second house and 30$^{\circ}$ in the third house. 3. The maximum negative wind force along the width of the roof appeared at the width ratio and the wind direction of 0.4 and 0$^{\circ}$ in the first house, 0.4-0.6 and 30$^{\circ}$ in the second house and 0.6 and 30$^{\circ}$ in the third house, respectively. 4. The maximum mean positive and negative wind forces occurred at the wind direction of 60$^{\circ}$ and 30$^{\circ}$, respectively, on the side walls of the first house, and the maximum mean negative wind force on the roof occurred at the wind direction of 30$^{\circ}$ in third house. 5. The maximum drag and lift forces occurred at the wind direction of 30$^{\circ}$, and the maximum lift force appeared in the third house. 6. The parts to be considered for the local wind forces were the edges of the walls, the edges of the x-direction of the roofs, and the locations of the width ratio of 0.4 of the first and third house and the center of the width of the second house for the y-direction of the roofs.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.53
no.4
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pp.309-316
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2017
In this paper, numerical modeling is conducted to analyze the tension of an anchor line by varying the size and drag coefficient of a buoy when the trapnet is influenced by the wave and the current simultaneously. A mass-spring model was used to analyze the behavior of trapnet underwater under the influence of waves and current. In the simulation of numerical model, wave height of 3, 4, 5 and 6 m, a period of 4.4 s, and the flow speed of 0.7 m/s were used for the wave and current condition. The drag coefficients of buoy were 0.8, 0.4 and 0.2, respectively. The size of buoy was 100, 50 and 25% based on the cylindrical buoy ($0.0311m^3$) used for swimming crab trap. The drag coefficient of the trapnet, the main model for numerical analysis, was obtained by a circular water channel experiment using a 6-component load cell. As a result of the simulation, the tension of the anchor line decreased proportional to buoy's drag coefficient and size; the higher the wave height, the greater the decrease rate of the tension. When the buoy drag coefficient and size decreased to one fourth, the tension of the anchor line decreased to a half and the tension of the anchor line was lower than the holding power of the anchor even at 6 m of wave height. Therefore, reducing the buoy drag coefficient and size appropriately reduces the trapnet load from the wave, which also reduces the possibility of trapnet loss.
A. Mondal;S. Chatterjee;A. McDonald Tariang;L. Prince Raj;K. Debnath
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.10
no.2
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pp.107-125
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2023
Drag reduction is significant research in aircraft design due to its effect on the cost of operation and carbon footprint reduction. Aircraft currently use conventional solid winglets to reduce the induced drag, adding extra structural weight. Fluidic on-demand winglets can effectively reduce drag for low-speed flight regimes without adding any extra weight. These utilize the spanwise airflow from the wingtips using hydraulic actuators to create jets that negate tip vortices. This study develops a computational model to investigate fluidic on-demand winglets. The well-validated computational model is applied to investigate the effect of injection velocity and angle on the aerodynamic coefficients of a rectangular wing. Further, the turbulence parameters such as turbulent kinetic energy (TKE) and turbulent dissipation rate are studied in detail at various velocity injections and at an angle of 30°. The results show that the increase in injection velocity shifted the vortex core away from the wing tip and the increase in injection angle shifted the vortex core in the vertical direction. Further, it was found that a 30° injection is efficient among all injection velocities and highly efficient at a velocity ratio of 3. This technology can be adopted in any aircraft, effectively working at various angles of attack. The culmination of this study is that the implementation of fluidic winglets leads to a significant reduction in drag at low speeds for low aspect ratio wings.
The evaluation of the drag and lift as the aerodynamic performance of airfoils is essential. In addition, the analysis of the velocity and pressure fields is needed to support the physical mechanism of the force coefficients of the airfoil. Thus, the present study aims at establishing two different deep learning models to predict force coefficients and flow fields of the airfoil. One is the convolutional neural network (CNN) model to predict drag and lift coefficients of airfoil. Another is the Encoder-Decoder (ED) model to predict pressure distribution and velocity vector field. The images of airfoil section are applied as the input data of both models. Thus, the computational fluid dynamics (CFD) is adopted to form the dataset to training and test of both CNN models. The models are established by the convergence performance for the various hyperparameters. The prediction capability of the established CNN model and ED model is evaluated for the various NACA sections by comparing the true results obtained by the CFD, resulting in the high accurate prediction. It is noted that the predicted results near the leading edge, where the velocity has sharp gradient, reveal relatively lower accuracies. Therefore, the more and high resolved dataset are required to improve the highly nonlinear flow fields.
This research computes the viscous flow field and aerodynamics around the model of a commercial passenger airplane, Boeing 747-400, which cruises in transonic speed. The configuration was realized through the reverse engineering based on the photo scanning measurement. In results, the pressure coefficients at the several wing section on the wing surface of the airplane was described and discussed to obtain the physical meaning. The lift coefficient increased almost linearly up to $17^{\circ}$. Here the maximum lift occurred at $18^{\circ}$ according to the angle of attack. And the minimum drag is expected at $-2^{\circ}$. The maximum lift coefficient occurred at the Mach number 0.89, and the drag coefficient rapidly increased after the Mach number of 0.92. Also shear-stress transport model predicts slightly lower aerodynamic coefficients than other models and Chen's model shows the highest aerodynamic values. The aerodynamic performance of the airplane elements was presented.
Jo, Young-Hee;Chang, Kyoungsik;Sheen, Dong-Jin;Park, Soo Hyung
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.16
no.1
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pp.8-18
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2015
A numerical simulation for a nonslender BWB UCAV configuration with a rounded leading edge and span of 1.0 m was performed to analyze its aerodynamic characteristics. Numerical results were compared with experimental data obtained at a free stream velocity of 50 m/s and at angles of attack from -4 to $26^{\circ}$. The Reynolds number, based on the mean chord length, is $1.25{\times}106$. 3D multi-block hexahedral grids are used to guarantee good grid quality and to efficiently resolve the boundary layer. Menter's shear stress transport model and two transition models (${\gamma}-Re_{\theta}$ model and ${\gamma}$ model) were used to assess the effect of the laminar/turbulent transition on the flow characteristics. Aerodynamic coefficients, such as drag, lift, and the pitching moment, were compared with experimental data. Drag and lift coefficients of the UCAV were predicted well while the pitching moment coefficient was underpredicted at high angles of attack and influenced strongly by the selected turbulent models. After assessing the pressure distribution, skin friction lines and velocity field around UCAV configuration, it was found that the transition effect should be considered in the prediction of aerodynamic characteristics of vortical flow fields.
Wind tunnel tests and numerical aerodynamic analyses were conducted for an integrated catwalk structure under strong winds. From the wind tunnel tests, it is found that the aerodynamic coefficients were different from those of the typical type. The drag coefficient was larger than typical and was sensitive to number of vertical meshes installed rather than the solidity ratio. Comparing with typical catwalk, the integrated one showed larger deformation under strong wind, and the large torsional deformation are mainly caused by drag force. It did not show aerodynamic divergence even the torsional deformation reaching $20^{\circ}$. The reason could be that the stiffness is smaller and thus the catwalk is able to deform to the shape compactable with higher loading. Considering safety for construction, storm rope system is introduced to the catwalk to reduce the deformation to acceptable level.
Large Eddy Simulations (LES) were carried out to investigate the aerodynamic characteristics of a rectangular cylinder with side ratio B/D=5 at Reynolds number Re=22,000 (based on cylinder thickness). Particular attention was devoted to the effects of velocity shear in the oncoming flow. Time-averaged and unsteady flow patterns around the cylinder were studied to enhance understanding of the effects of velocity shear. The simulation results showed that the Strouhal number has no significant variation with oncoming velocity shear, while the peak fluctuation frequency of the drag coefficient becomes identical to that of the lift coefficient with increase in velocity shear. The intermittently-reattached flow that features the aerodynamics of the 5:1 rectangular cylinder in non-shear flow becomes more stably reattached on the high-velocity side, and more stably separated on the low-velocity side. Both the mean and fluctuating drag coefficients increase slightly with increase in velocity shear. The mean and fluctuating lift and moment coefficients increase almost linearly with velocity shear. Lift force acts from the high-velocity side to the low-velocity side, which is similar to that of a circular cylinder but opposite to that of a square cylinder under the same oncoming shear flow.
Compared with traditional transmission towers, T-shaped angle towers have long cross-arms and are specially used for ultrahigh-voltage direct-current (UHVDC) transmission. Nevertheless, the wind loads of T-shaped towers have not received much attention in previous studies. Consequently, a series of wind tunnel tests on the T-shaped towers featuring cross-arms of varying lengths were conducted using the high-frequency force balance (HFFB) technique. The test results reveal that the T-shaped tower's drag coefficients nearly remain constant at different testing velocities, demonstrating that Reynolds number effects are negligible in the test range of 1.26 × 104-2.30 × 104. The maximum values of the longitudinal base shear and torsion of the T-shaped tower are reached at 15° and 25° of wind incidence, respectively. In the yaw angle, the crosswind coefficients of the tower body are quite small, whereas those of the cross-arms are significant, and as a result, the assumption in some load codes (such as ASCE 74-2020, IEC 60826-2017 and EN 50341-1:2012) that the resultant force direction is the same as the wind direction may be inappropriate for the cross-arm situation. The fitting formulas for the wind load-distribution factors of the tower body and cross-arms are developed, respectively, which would greatly facilitate the determination of the wind loads on T-shaped angle towers.
Current wind-resistance designs of large-scale indirect dry cooling towers (IDCTs) exclude an important factor: the influence of the ventilation rate for radiator shutter on wind loads on the outer surfaces of the tower shell. More seemingly overlooked aspects are the effects of various ventilation rates on the wind pressure distribution on the tower surfaces of two IDCTs, and the feature of the flow field around them. In order to investigate the effects of the radiator shutter ventilation rates on the aerodynamic interference between IDCTs, this paper established the numerical wind tunnel model based on the Computational Fluid Dynamic (CFD) technology, and analyzed the influences of various radiator shutter ventilation rates on the aerodynamic loads acting upon a single and two extra-large IDCTs during building, installation, and operation stages. Through the comparison with the results of physical wind tunnel test and different design codes, the results indicated that: the influence of the ventilation rate on the flow field and shape coefficients on the outer surface of a single IDCT is weak, and the curve of mean shape coefficients is close to the reference curve provided by the current design code. In a two-tower combination, the ventilation rate significantly affects the downwind surface of the front tower and the upwind surface of the back tower, and the larger positive pressure shifts down along the upwind surface of the back tower as the ventilation rate increases. The ventilation rate significantly influences the drag force coefficient of the back tower in a two-tower combination, the drag force coefficient increases with the ventilation rate and reaches the maximum in a building status of full ventilation, and the maximum drag coefficient is 11% greater than that with complete closure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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