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.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.55
no.1
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pp.62-73
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2019
Recently, copper alloy netting has been proposed as a material for aquaculture facilities that can be set in harsh offshore environments. To design a cage made of copper alloy netting, it is necessary to calculate the flow of water through the netting and force of external sources on the netting. Therefore, this study measured and analyzed the current velocity reduction after passing through the netting and the hydrodynamic forces acting on the netting using copper alloy netting with nine solidity ratios. As a result of the reduction rate of the flow velocity through the netting, the flow reduction rate was increased as the solidity ratio of netting was increased. The flow reduction rate was also increased as the attack angle on the netting was decreased. In analyzing the resistance on the netting, we also discovered that resistance was increased with increase in the flow velocity and solidity ratio. An analysis of the hydrodynamic coefficient acting on the netting is shown that the drag coefficient tends to increase as the attack angle increases. We also analyzed the hydrodynamic coefficient according to the variation of the Reynolds number. When the drag coefficients acting on the netting were analyzed with the different Reynolds numbers, the Reynolds number increased from over 0.3 m/s to a relative constant. Finally, the copper alloy nettings had a smaller velocity reduction rate when comparing the flow velocity reduction rate between copper alloy nettings and nylon nettings.
The effect of longitudinal thin rectangular riblets aligned with the flow direction on turbulent channel flow has been investigated using direct numerical simulation. The thin riblets have been modeled using the immersed boundary method (IBM) where the velocities at only one set of vertical nodes at the riblets positions are enforced to be zeros. Different spacings, ranging between 11 and 43 wall units, have been simulated aiming at getting the optimum spacing corresponding to the maximum drag reduction while keeping the height/spacing ratio at 0.5. Reynolds number based on the friction velocity ${\mu}_\tau$ and the channel half depth $\delta$ is set to 150. The flow is driven by adjusted pressure gradient so that the mass flow rate is kept constant in all the simulations. This study shows similar trend of the drag ratio to that of the experiments at the different spacings. Also, this research provides an optimum spacing of around 17 wall units leading to maximum drag reduction as experimental data. Explanation of drag increasing/decreasing mechanism is highlighted.
In this study, the confined laminar flow around a square cylinder, which ejects a either on the front face or on the rear face, is numerically simulated. In each case, three ratios of jet velocity to the fixed upstream velocity are considered. In all cases of the rear fuel jet, the high mass-fraction region is formed along the streamlines from the jet exit. In case of front jet, drag is significantly decreased when the jet velocity ratio is greater than 1. The results obtained exhibit flow and scalar-mixing characteristics encountered in a planar combustor
A method is presented to estimate the form drag and the base pressure on a triangular cylinder in the presence of blockage effect. The Strouhal number, which is found to increase with the flow constriction experimentally by Ramamurthy & Ng (1973), may be decoupled from the blockage effect when re-defined by using the velocity at flow separation and a theoretical wake width. By incorporating this wake width into the momentum equation by Maskell (1963) for the confined flow, a relationship between the form drag and the base pressure is derived. Independently, the experimental data of surface pressure from Ramamurthy & Lee (1973) are found to be independent of the blockage effect when expressed in terms of a modified pressure coefficient involving the pressure at separation. Using the potential flow model by Parkinson & Jandali (1970) and its subsequent development in Yeung & Parkinson (2000) for the unconfined flow, a linear relation between the pressure at separation and the form drag is formulated. By solving the two equations simultaneously with a specified blockage ratio and an apex angle of the triangular cylinder, the predictions of the drag and the base pressure are in reasonable agreement with experimental data. A new theoretical relationship for the Strouhal number, pressure drag coefficient and base pressure proposed in this study allows the confinement effect to be appropriately taken into consideration. The present approach may be extended to three-dimensional bluff bodies.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.12
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pp.1644-1651
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2000
In this study, the confined laminar flow and transport around a square cylinder with a planar fuel jet are numerically simulated. Both rear and front jets are considered, respectively. In each case, various ratios of the jet velocity to the fixed upstream velocity are taken into consideration. In case of the rear jet, the high mass-fraction region is formed along the streamlines from the jet exit, and the oscillation of the force on the square cylinder eventually disappears as the jet velocity is close to the upstream velocity. In case of the front jet, drag is significantly reduced when the jet velocity ratio is grater than 1. The results obtained exhibit flow and scalar-mixing charactered in a planar combustor.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.15
no.4
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pp.366-373
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2014
A conceptual design of a three-surface strike fighter was studied and stealth performance was taken into account to enhance survivability and battle effectiveness. CATIA was used to design the aircraft's three-dimensional prototype model and the weapon carriage arrangement was also studied. The aircraft's RCS characteristics and distributions under X, S, C, and L bands were simulated using the RCSPlus software, which is based on the PO method. Pressure and velocity distributions of the flow field were also simulated using CFD. A turbulence model was based on standard $k-{\varepsilon}$ function and N-S functions were used during the CFD computation. Lift coefficients, drag coefficients, and lift-to-drag ratio were obtained by aerodynamic simulation. The results showed that: (1) the average value of head-on RCS between ${\pm}30^{\circ}$ is below -3.197 dBsm, and (2) the lift coefficient is 0.34674, the drag coefficient is 0.04275, and the lift-to-drag ratio is 8.11087 when the attack angle is $2.5^{\circ}$.
Some of the scallops like Amesium balloti have an excellent level-swimming ability, i.e. they can swim about 20m by single level swimming with a maximum swimming velocity of about 1.6m/s in the sea. On the other hand, some species like Patinopecten yessoensis have longitudinal grooves on the upper and lower surfaces and others do not. Therefore, in the present study, we measure the lift and drag forces on a real scallop model (Patinopecten yessoensis) in a wind tunnel. Experiments are performed at the Reynolds number of 75,000 based on the maximum chord length, which is within the swimming condition of real scallop (Re = $30,000{\sim}300,000$). To see the effect of longitudinal grooves, we measure the aerodynamic forces on a scallop model by removing the grooves. With the grooves, the lift force increases at low angles of attack (${\alpha}<10^{\circ}$). The drag force increases slightly at all the attack angles considered. The lift-to-drag ratio is increased by about 10% at ${\alpha}<10^{\circ}$.
Marquardt method is used to estimate the aerodynamic parameters in urban area of Beijing City, China, including displacement length (d), roughness length ($z_0$) and friction velocity (u*) and drag coefficient. The surface drag coefficient defined as the ratio between friction velocity and mean wind speed is 0.125 in our research, which is close to typical urban area value. The averaged d and $z_0$ are 1.2 m and 7.6 m. d and $z_0$ change with direction because of the surface heterogeneity over urban surface and reach their maximum values at S-SW sector, this tendency agrees with the surface rough element distribution around the observation tower.
In this study, atomistic simulations are performed to study the effect of Al solute on the behaviour of edge dislocation in Mg alloys. After the dissociation of an Mg basal edge dislocation into two Shockley partials using molecular mechanics, the interaction between the dislocation and Al solute at different temperatures is studied using molecular dynamics. It appears from the simulations that the critical shear stress increases with the Al solute concentration. Comparing with the solute effect at T = 0 K, however, the critical shear stress at a finite temperature is lower since the kinetic energy of the atoms can help the dislocation conquer the energy barriers created by the Al atoms. The velocity of the edge dislocation decreases as the Al concentration increases when the external shear stress is relatively small regardless of temperature. The Al concentration effect on the dislocation velocity is not significant at very high shear stress level when the solute concentration is below 4.0 at%. Drag coefficient B increases with the Al concentration when the stress to temperature ratio is below 0.3 MPa/K, although the effect is more significant at low temperatures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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