A homogeneous flow field including more than 2000 spherical particles was directly simulated. Particles are settling by gravity with the Reynolds number ranging from 50 to 300, based on diameter and slip velocity. Particular attention was focused on the distribution of particles. The Reynolds-number dependence, influences of particle rotation and loading ratio, and the dynamics of particle clusters are discussed. In the higher Reynolds number case, the wake attraction causes particle clusters and the average drag coefficient decreases significantly. Non-rotating particles maintain cluster structure and rotating ones moves randomly in the horizontal direction. It is because of the difference in the direction of the lift force.
The dropped objects are identified as one of the top ten causes of fatalities and serious injuries in the oil and gas industry. It is of importance to understand dynamics of dropped objects under water to accurately predict the motion of dropped objects and protect the underwater structures and facilities from being damaged. In this paper, we study non-dimensionalization of two-dimensional (2D) theory for dropped cylindrical objects. Non-dimensionalization helps to reduce the number of free parameters, identify the relative size of effects of force and moments, and gain a deeper insight of the essential nature of dynamics of dropped cylindrical objects under water. The resulting simulations of dimensionless trajectory confirms that drop angle, trailing edge and drag coefficient have the significant effects on dynamics of trajectories and landing location of dropped cylindrical objects under water.
Up to now, Most studies of hydroelasticity are about frequency domain analysis. Those aren't suited for analysis of the landing take-off, and dropping of aircraft on a structure. So, the concern of this paper is the transient behavior of a VLFS subjected to dynamic load, induced by airplane landing and take-off. To predict the added mass, damping coefficient, and wave exciting force, the source-dipole distribution method was used in the frequency domain. The responses are accomplished by using the FEM scheme. A time domain analysis method is based on the Newmark β method to pursue the time step procedure, taking advantage of memory effect function for hydrodynamic effects.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.5
s.248
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pp.480-488
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2006
Numerical simulations of flow over two spheres placed in a tandem arrangement are conducted to investigate the effect of the inter-sphere spacing on the flow characteristics. The Reynolds numbers considered are 100, 250, 300 and 425, corresponding to steady axisymmetric, steady planar-symmetric, unsteady planar-symmetric, and unsteady asymmetric flows, respectively, in the case of a single sphere. For small inter-sphere spacings, the flow past two spheres is more stable than that past a single sphere. For example, with the spacing of the sphere radius, the flow is steady axisymmetric up to Re=300. However, for relatively large spacings, the flow past two spheres becomes unstable and vortex shedding takes place even at Re=250. The drag coefficient of the rear sphere decreases significantly with decreasing inter-sphere spacing due to reduction of the stagnation pressure, thus being smaller than that of the front sphere. Also, the rear sphere shows large fluctuations of the lift force as compared to the front one in the case of unsteady flow.
Laminar flow over a cube near a plane wall is numerically investigated in order to understand the effects of the cube-wall gap on the flow characteristics as well as the drag and lift coefficients. The main focus is placed on the three-dimensional vortical structures and its relation to the lift force applied on the cube. Numerical simulations are performed for the Reynolds numbers between 100 and 300, covering several different flow regimes. Without a wall nearby, the flow at Re=100 is planar symmetric with no vortical structure in the wake. However, when the wall is located close to the cube, a pair of streamwise vortices is induced behind the cube. At Re=250, the wall strengthens the existing streamwise vortices and elongates them in the streamwise direction. As a result, the lift coefficients at Re=100 and 250 increase as the cube-wall gap decreases. On the other hand, without a wall, vortex shedding takes place at Re=300 in the form of a hairpin vortex whose strength changes in time. The head of hairpin vortex or loop vortex, which is closely related to the lift force, seems to disappear due to the nearby wall. Therefore, unlike at Re=100 and 250, the lift coefficient tends to decrease more or less as the cube approaches the wall.
A new type of bridge deck section consisting of four-box decks, two side decks for vehicular traffic lanes and two middle decks for railway traffic, has been experimentally investigated for determining its aerodynamic properties. The eight flutter derivatives were determined by the Iterative Least Squares (ILS) method for this new type of four-box deck model, with two windshields of 30 mm and 50 mm height respectively. Wind tunnel experiments were performed for angles of attack α = ±6°, ±4°, ±2° and 0° and Re numbers of 4.85×105 to 6.06×105 and it was found that the four-box deck with the 50 mm windshields had a better aerodynamic performance. Also, the results showed that the installation of the windshields reduced the values of the lift coefficient CL for the negative angles attack in the range of -6° to 0°, but the drag coefficient CD increased in the positive angle of attack range. However, galloping instability was not encountered for the tested reduced wind speeds, of up to 9.8. The aerodynamic force coefficients and the flutter derivatives for the four-box deck model were consistent with the results reported for the Messina triple-box bridge deck, but were different from those reported for the twin-box bridge decks.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.21
no.1
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pp.45-50
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2013
In this study, lumped-vortex element method and thin airfoil theory were used to analyze aerodynamic characteristics of airfoils with relative motion that had camber lines of NACA $44{\times}{\times}$ airfoil in 2-dimensional unsteady incompressible potential flow. Velocity disturbance due to airfoil was calculated by lumped-vortex element model and force distribution on airfoil by unsteady Bernoulli's equation. Variables in relative motion were considered the period p, the amplitude of flapping $A_f$ and pitching $A_p$, and the phase difference between flapping and pitching ${\phi}_p$ and the angle of attack ${\alpha}$. Due to movement of an airfoil, dag was induced in 2-dimensional unsteady incompressible potential flow. The numerical results show that the aerodynamic characteristics of the airfoil with flapping and pitching at the same time are illustrated. Especially the mean lift coefficient became smaller, but drag coefficient became larger.
The flying wing configuration with high sweep angles and rounded leading edge represent a complex flow of structures by the leading edge vortex. For control of the tailless flying wing configuration with unstable directional stability, flaperon is used. In this study, we conducted numerical simulations for a non-slender flying wing configuration with a rounded leading edge and analyzed the effect of the sideslip angle and flaperon. Through aerodynamic coefficient analysis, it was found that the effect of AoS on lift and drag coefficient was minimal and the side force and moment coefficient were markedly influenced by AoS. As the sideslip angle increased, the pitch break, which is related to the pitching moment coefficient, was delayed. Through stability analysis, the directional and lateral static stability of the flying wing configuration were increased by flaperon. Also, the structure and behavior of the leading edge vortex were analyzed by observing the contour of the pressure coefficient and the skin friction line.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.43
no.1
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pp.49-61
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2007
Otter boards in the trawl are the one of essential equipments for the net mouth to be spread to the horizontal direction. Its performance should be considered in the light of the spreading force to the drag and the stability of towing in the water. Up to the present, studies of the otter boards have focused mainly on the drag and lift force, but not on the stability of otter boards movement in 3 dimensional space. In this study, the otter board is regarded as a rigid body, which has six degrees of freedom motion in three dimensional coordinate system. The forces acting on the otter boards are the underwater weight, the resistance of drag and spread forces and the tension on the warps and otter pendants. The equations of forces were derived and substituted into the governing equations of 6 degrees of freedom motion, then the second order of differential equations to the otter boards were established. For the stable numerical integration of this system, Backward Euler one of implicit methods was used. From the results of the numerical calculation, graphic simulation was carried out. The simulations were conducted for 3 types of otter boards having same area with different aspect ratio(${\lambda}=0.5,\;1.0,\;1.5$). The tested gear was mid-water trawl and the towing speed was 4k't. The length of warp was 350m and all conditions were same to each otter board. The results of this study are like this; First, the otter boards of ${\lambda}=1.0$ showed the longest spread distance, and the ${\lambda}=0.5$ showed the shorted spread distance. Second, the otter boards of ${\lambda}=1.0$ and 1.5 showed the upright at the towing speed of 4k't, but the one of ${\lambda}=0.5$ heeled outside. Third, the yawing angles of three otter boards were similar after 100 seconds with the small oscillation. Fourth, it was revealed that the net height and width are affected by the characteristics of otter boards such as the lift coefficient.
Yoo, Jae-Hun;Kim, Chang Kee;Choi, Yoon Jeong;Lim, Ye Seul
Journal of the Korea Society for Simulation
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v.28
no.2
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pp.23-33
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2019
A sub-munition which has low aspect ratio does not have flight stability and control of drag force under free-fall condition. In order to satisfy those problems, fin, which is called grid-fin, is designed instead of conventional flight fins and adapted to the sub-munition. The base model of the sub-munition is firstly set and numerical simulation of the model is conducted under transonic condition that is free-fall range of the sub-munition. Wind test is secondly performed to verify the simulation result. The result shows that grid fin adapted sub-munition has high drag force, but the flight stability is still needed. In order to enhance the flight stability, two additional grid-fins are designed which modify web-thickness and numerical simulations of modified models are conducted. As the results, the thinnest web-thickness grid-fin has the highest flight stability and still maintains high drag coefficient. Based on these results, design of grid-fin adapted sub-munition is completed, the path trajectory of the sub-munition can be predicted with acquired aerodynamic datum and it is expected that grid fin can be used to various shape of the flight vehicle and bomb.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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