KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.5B
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pp.529-537
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2006
This paper investigates the impacts of the drag-related weighting coefficients on mean velocity and turbulence structures. The transport equations for the Reynolds stress of vegetated open-channel flows are derived by using the temporal- and horizontal-averaging scheme. It is found that the total Reynolds stress of vegetated open channel flows consists of the Reynolds stress due to temporally fluctuating velocities and the Reynolds stress due to spatially fluctuating velocities. The drag-related weighting coefficient $C_{fk}$ for the total Reynolds stress component is found to be unit, while the coefficient for the Reynolds stress due to temporally fluctuating velocities can be negligible. This is the reason why very small weighting coefficients in previous studies yield very good agreements with measured data. In other words, the Reynolds stress due to spatially fluctuating velocities remains still unknown, especially due to the large number of measuring locations. Through a developed Reynolds stress model, vegetated open-channel flows are simulated and compared with measured data from the literature. Comparisons reveal that the computed mean flow and Reynolds stress structures are hardly affected by the drag-related weighting coefficients. However, the computed turbulence intensity profiles are significant different with the drag-related weighting coefficients. A budget analysis of the transport equations for the Reynolds stress component is carried to investigate why turbulence intensity is affected by the drag-related weighting coefficients.
The lift and drag forces produced by a wing of a given cross-sectional profile are dependent on the wing planform and the angle of attack. Aspect ratio is the ratio of the wing span to the average chord. For conventional fixed wing aircrafts, high aspect ratio wings produce a higher lift to drag ratio than low ones for flight at subsonic speeds. Therefore, high aspect ratio wings are used on aircraft intended for long endurance. However, birds and insects flap their wings to fly in the air and they can change their wing motions. Their wing motions are made up of translation and rotation. Therefore, we tested flapping motions with parameters which affect rotational motion such as the angle of attack and the wing beat frequency. The half elliptic shaped wings were designed with the variation of aspect ratio from 4 to 11. The flapping device was operated in the water to reduce the wing beat frequency according to Reynolds similarity. In this study, the aerodynamic forces, the time-averaged force coefficients and the lift to drag ratio were measured at Reynolds number 15,000 to explore the aerodynamic characteristics with the variation of aspect ratio. The maximum lift coefficient was turned up at AR=8. The mean drag coefficients were almost same values at angle of attack from $10^{\circ}$ to $40^{\circ}$ regardless of aspect ratio, and the mean drag coefficients above angle of attack $50^{\circ}$ were decreased according to the increase of aspect ratio. For flapping motion the maximum mean lift to drag ratio appeared at AR=8.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.7
no.2
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pp.175-185
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1983
When a circular cylinder near the plane fluid-interface of different viscosities is in parallel and normal motion, solutions of the Oseen equation are obtained. Classical image method with Faxen's integral form is used to satisfy the boundary conditions on the plane interface. Coefficients of drag and lift increase as a cylinder approaches to the interface. But drag-coefficients of parallel motions with viscosity-ratio less than unity are decreased slightly. They show monotonic increase with Reynolds number in case of parallel motion, but minimum values of drag coefficients in normal motion are appeared. On the other hand Stokes' solution are obtained by taking limits of low Reynolds number except the case of parallel motion with viscosity-ratio not equal to infinity.
Vortex-shedding flows past a circular cylinder for 200≤ Re ≤ 5000 are numerically simulated with the PowerCFD code, using a finite volume method and an unstructured grid system, developed by the author. The simulation is peformed by solving the unsteady 2-D Wavier-Stokes equations with both no model and turbulence model. The resulting Reynolds number dependence of the Strouhal number and of the drag and lift coefficients is compared with both experiments and previous numerical results. It is found that, in the range of 200≤ Re ≤ 5000 the calculation method with a turbulence model is capable of producing reasonably more accurate results than that with no model for the main practically relevant parameters such as Strouhal number, drag and lift coefficients.
The paper presents numerical simulations of laminar vortex-shedding flows past a circular cylinder for Re ≤ 500. The simulations are performed by solving the unsteady 2-D Navier-Stokes equations with a finite volume method using unstructured grid system. The resulting Reynolds number dependence of the Strouhal number and of the drag and lift coefficients is compared with experiments and with previous numerical results, showing good agreement. It is found that, for the truly laminar Reynolds number range the present calculation method described is capable of producing reasonably accurate results for the main practically relevant parameters such as Strouhal number, drag and lift coefficients.
Lee Dae-Sung;Ha Man-Yeong;Kim Sung-Jin;Yoon Hyun-Sik
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.20
no.6
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pp.849-863
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2006
IBM (Immersed Boundary Method) with feedback momentum forcing was applied to stationary and moving bodies. The capability of IBM to treat the obstacle surfaces, especially with moving effect has been tested for two dimensional problems. Stationary and oscillating cylinders were simulated by using IBM based on finite volume method with Cartesian coordinates. For oscillating cylinder, lateral and vertical motions are considered, respectively. Present results such as time histories of drag and lift coefficients for both stationary and oscillating cases are in good agreement with previous numerical and experimental results. Also, the instantaneous wake patterns of oscillating cylinder with different oscillating frequency ratios well represented those of previous researches. More feasibility study for IBM has been carried out to two oscillating cylinders. Drag and lift coefficients are presented for two cylinders oscillating sinusoidally with phase difference of $180^{\circ}$.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.27
no.1
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pp.49-56
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2003
The hydrodynamic interference between two circular cylinders in tandem and side by side arrangements was investigated by measuring of lift and drag on each cylinder. The time variations of interference lift and drag coefficients in each arrangement were observed at center-to-center pitch ratios of P/D=1.25 and 2.5 and Reynolds number of $Re=1.5\times10^4$. Average interference lift and drag coefficients were also observed at pitch ratios from P/D=1.25 to 2.5 and Reynolds number from $Re=1.5\times10^4$ to $1.5\times10^4$. The hydrodynamic interference between two circular cylinders differed with the shape of the arrangement and the pitch ratio, but the characteristics were revealed by measuring of lift and drag on each cylinder.
In this study, we have focused on commonly used 14 different small wind turbine airfoils (A18, BW3, Clark Y, E387, FX77, NACA 2414, RG 15, S822, S823, S6062, S7012, SD6060, SD7032, SD7062). The main purpose of the study is to determine the lift, drag and lift/drag coefficients of these airfoils with numerical analysis and to verify 2 best airfoil's results with experimental analysis. Airfoils were determined from past studies on small wind turbines. Numerical analyzes of the airfoils were done with Ansys Fluent fluid dynamics program. Experimental analyzes were done at wind tunnel in Erciyes University, Turkey. Lift and drag coefficients of these airfoils were determined for 50,000-100,000-200,000 Reynolds numbers.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.52
no.4
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pp.305-314
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2015
In this paper, a numerical analysis is carried out to study the drag of conical cavitators, supercavity generation devices for the high-speed underwater vehicle. The realizable k-∊ turbulence model and the Schnerr-Sauer cavitation model are applied to calculate steady-state supercavitating flows around cones of various cone angles. The calculated drags of the cones are decomposed of the pressure and the friction parts and their dependency on the geometry and the flow conditions have been analyzed. It is confirmed that the pressure drag coefficients of the cones can be estimated by a simple function of both the cone angle and the cavitation number while the friction drag coefficients approximately by well-known empirical formulas, e.g., Schults-Grunow's for the drag of the flat plate. Finally a practical method for estimating the total drags of supercavitating cones is suggested, which can be useful consequently for the design of conical cavitaors.
Aerodynamic characteristics for a launch vehicle are numerically analyzed with various conditions. The local drag coefficients are high at the nose of the launch vehicle in subsonic region and on the main body in supersonic region because of the induced drag and the wave drag, respectively. The drag coefficients show the similar trend with the angle of attack except zero degree. However, the more the angle of attack increases, the more dependent on the Mach number the lift coefficient is. The body rotation for the flight stability destroys the vortex pair formed above the body opposite to the flight direction, so the flow fields are more or less complicated. The drag coefficient of the launch vehicle at sea level is about three times larger than that at altitude 7.2 km. And the thrust jet at the nozzle causes to reduce the drag coefficient compared with the jetless transonic flight.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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