We are developing an innovative super-speed land transportation system running in a partial vacuum in tunnels with small inside diameter to reduce the aerodynamic drag forces. This paper presents the experimental results obtained on a small scale model when a super-speed train model passing through a tunnel with small inside diameter and a partial vacuum to reduce the aerodynamic drag forces. The experiments were performed on a 1/52-scale moving model rig in which a train model with a diameter of 58 mm and a length of 603 mm was accelerated in a launching tube with 12.27 m length by means of the compressed air launcher and then passed through a tunnel model with 17.149 m length. The partial vacuum was maintained in the tunnel in order to reduce the energy consumption of the propulsion system of the super-speed tube train at super-speed of 700 km/h. In this study, the blockage ratio of train to tunnel model is 0.336. Experimental results show the nonlinear effects of the vacuum on the speed-up of the train model in the tunnel model under the partial vacuum up to 0.21 atm and at the velocity up to 684 km/h. This paper is first study for experiments on the speed-up of a super-speed train model in the partial vacuum tunnels.
The present study has numerically investigated two-dimensional laminar flow over a circular cylinder with a uniform planar shear, where the free-stream velocity varies linearly across the cylinder. Numerical simulations using the immersed boundary method are performed for the ranges of $50{\le}Re{\le}160,\;K{\le}0.2$, and B=0.1 and 0.05 where Re, K and B are the Reynolds number, the non-dimensionalized velocity gradient and the blockage ratio, respectively. Results show that the flow depends significantly on B as well as Re and K. It is found, especially, that the blockage effect accounts for some causes of apparent discrepancies among previous studies on the flow. With increasing K, the vortex shedding frequency and the mean drag stay nearly constant or slightly decrease whereas the mean lift, acting from the higher-velocity side to the lower, increases linearly. Flow statistics as well as instantaneous flow fields are presented to identify the characteristics of the flow and then to understand the underlying mechanism.
Large Eddy Simulation (LES) is used to study the effects of steady slot suction on the aerodynamic forces of and flow around a wall-mounted finite-length square cylinder. The aspect ratio H/d of the tested cylinder is 5, where H and d are the cylinder height and width, respectively. The Reynolds number based on free-stream oncoming flow velocity U∞ and d is 2.78×104. The suction slot locates near the leading edge of the free end, with a width of 0.025d and a length of 0.9d. The suction coefficient Q (= Us/U∞) is varied as Q = 0, 1 and 3, where Us is the velocity at the entrance of the suction slot. It is found that the free-end steady slot suction can effectively suppress the aerodynamic forces of the model. The maximum reduction of aerodynamic forces occurs at Q = 1, with the time-mean drag, fluctuating drag, and fluctuating lift reduced by 3.75%, 19.08%, 40.91%, respectively. For Q = 3, all aerodynamic forces are still smaller than those for Q = 0 (uncontrolled case), but obviously higher than those for Q = 1. The involved control mechanism is successfully revealed, based on the comparison of the flow around cylinder free end and the near wake for the three tested Q values.
Park, Il Heum;Cho, Young Jun;Kim, Tae Yun;Lee, Moon Ock;Hwang, Sung Su
해양환경안전학회지
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제20권3호
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pp.323-333
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2014
In this paper, the wakes behind a square cylinder were simulated using two kinds of different turbulence models for the eddy viscosity concept such as the zero- and the one-equation model in which the former is the mixing length model and the latter is the k-equation model. For comparison between numerical and analytical solutions, we employed three skill assessments: the correlation coefficient(r) for the similarity of the wake shape, the error of maximum velocity difference(EMVD) for the accuracy of wake velocity and the ratio of drag coefficient(RDC) for the pressure distribution around the structure. On the basis of the numerical results, the feasibility of each model for wake simulation was discussed and a suitable value for the empirical constant was suggested in these turbulence models. The zero-equation model, known as the simplest turbulence model, overestimated the EMVD and its absolute mean error(AME) for r, EMVD and RDC was ranging from 20.3 % to 56.3 % for all test. But the AME by the one-equation model was ranging from 3.4 % to 19.9 %. The predicted values of the one-equation model substantially agreed with the analytical solutions at the empirical mixing length scale $L=0.6b_{1/2}$ with the AME of 3.4 %. Therefore it was concluded that the one-equation model was suitable for the wake simulation behind a square cylinder when the empirical constant for eddy viscosity would be properly chosen.
원판형 분자 드래그펌프 내부의 회전자 위치에 따른 압축 성능과 배기특성에 대하여 실험과 수치 해석적으로 고찰하였다. 실험은 각각의 회전자 위치에 진공압력 게이지들을 부착하여, 펌프의 출구 압력이 0.2 Pa에서 533 Pa 사이일 때, 각 회전자에서의 압력을 측정하였다. 압력측정범위는 출구 압력이 0.2 Pa에서 533 Pa 범위사이에서 측정하였다. 진공펌프 로터의 회전 속도는 24,000 rpm이며, 질소 가스를 사용하여 성능실험을 수행하였다. 본 연구에서는 원판의 단의 수에 따른 원판형 분자 드래그펌프의 성능특성을 파악하고자 하였다. 수치해석을 통해 내부 유동채널에 대한 구체적인 압력 분포를 파악하였으며, 수치해석의 신뢰도 파악을 위하여 실험 측정값과 수치해석 값을 비교하여 검증하였다.
샤프트각이 감소하며 비행 속도가 증가하는 자동회전 상태의 로터에 대한 성능 변화를 해석하였다. BO-105 헬리콥터의 로터에 비틀림이 없는 NACA 0012 단면을 가지는 깃을 해석하였고 변수에 대한 자동회전의 영역을 구하기 위해 과도모사법(TSM)이 사용되었다. 고속 비행에서 압축성 효과를 모사하기 위해 압축성 Navier-Stokes 솔버로 해석된 2차원 공력 데이터가 사용되었으며 유도 속도장을 모사하기 위해 Pitt/Peters의 유도속도 이론이 사용되었다. TSM으로 구해진 정상 자동회전 상태에 대하여 추력계수와 양력계수, 양항비를 계산하였으며 로터의 양력과 동력을 구하여 BO-105 헬리콥터와 비교하였다. 복합 항공기의 개념을 도입할 때 자동회전하는 로터와 날개의 양력 및 동력 분담률을 고찰하였다.
In this paper, incompressible two-dimensional Navier-Stokes equations are numerically solved for the study of steady laminar flow around a body with the wall effect. A second-order finite difference method is used for the spatial discretization on the nonstaggered grid system and the 4-stage Runge-Kutta scheme for the numerical integration in time. The pressure field is obtained by solving the pressure-Poisson equation with the Neumann boundary condition. To investigate the wall effect, numerical computations are carried out for the NACA 0012 section at the various blockage ratios. The pressure and skin friction on the foil surface, velocity pronto in its wake and drag coefficient are investigated as functions of the blockage ratio.
한국전산유체공학회 2003년도 The Fifth Asian Computational Fluid Dynamics Conference
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pp.9-11
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2003
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.
Differential pressure Venturi cone flowmeter is an advanced flowmeter which has many advantages such as wide range of measurement, high accuracy, excellent flow turndown ratio, low headless, and short installation pipe length requirement, etc. Like other differential pressure flowmeter, Venturi cone flowmeter uses the law of energy conservation, but its shape and position make it perform better than others. The cone acts as its own flow conditioner and mixer, fully conditioning and mixing the flow prior to measurement. For the analysis, we use Reynolds-averaged Navier-Stokes equations and $k-{\omega}$ turbulence model. The equations are fully trans-formed in the computational coordinates, the pressure-velocity coupling is made through SIMPLER algorithm, and the equations are discretized using analytic solutions of the linearized equations(Finite Analytic Method). At the end of the paper, using the result of analysis, We propose a new shape of cone with the hope of drag reduction and high performance.
기포 저감 장치는 기름의 정량 공급과 관련된 문제 해결의 목적을 둔 장치이다. 따라서 본 연구에서는 기포 저감 장치의 작동 중 기포 입자의 크기별 유동특성을 확인하고자 수치해석을 진행하였다. 기초해석을 진행한 결과, 기포의 상승과 하강이 가장 활발하게 나타나는 영역을 발견하였고, 그 지점을 중심으로 수치적 계산을 수행하였다. 수치적 계산에 앞서 각 변수들 간의 동차성을 확보하기 위하여 무차원 유도를 수행하였다. 무차원 유도를 수행한 데이터를 바탕으로 각 입자의 크기별, 유체의 속도별 25개의 변수 조건을 설정하여 별도의 계산을 통해 기포 상승과 하강의 대한 수식을 도출하였다. 각 변수별로 항력과 부력의 비를 계산하여 기포에 작용하는 항력이 부력보다 큰 경우 기포가 하강하며 기포는 저감되지 않는다고 판단하였고, 부력이 항력보다 큰 경우 기포는 상승하며 기포가 저감된다고 판단하였다. 수치 계산 데이터를 바탕으로 유동 해석을 진행하였다. 유동 해석을 통하여 기포의 상승과 하강을 확인하였고, 수치 계산의 결과와도 일치하는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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