Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제29권7호
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pp.769-778
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2005
The velocity and pressure fields of a ship's Weis-Fogh type propulsion mechanism are studied in this paper using an advanced vortex method. The wing (NACA0010 airfoil) and channel are approximated by source and vortex panels. and free vortices are introduced away from the body surfaces. The viscous diffusion of fluid is represented using the core-spreading model to the discrete vortices. The velocity is calculated on the basis of the generalized Biot-Savart law and the pressure field is calculated from an integral, based on the instantaneous velocity and vorticity distributions in the flow field. Two-dimensional unsteady viscous flow calculations of this propulsion mechanism are shown. and the calculated results agree qualitatively with the measured thrust and drag due to un-modeled large fluctuations in the measured data.
The velocity and pressure fields of a ship's propulsion mechanism of the Weis-Fogh type, in which a airfoil moves reciprocally in a channel, are studied in this paper using the advanced vortex method. The airfoil and the channel are approximated by a finite number of source and vortex panels, and the free vortices are introduced from the body surfaces. The viscous diffusion of fluid is represented using the core-spreading model to the discrete vortices. The velocity is calculated on the basis of the generalized Biot-Savart law and the pressure field is calculated from integrating the equation given by the instantaneous velocity and vorticity fields. Two-dimensional unsteady viscose flows of this propulsion mechanism are numerically clarified, and the calculated results agree well with the experimental ones.
The velocity and pressure fields of a ship's propulsion mechanism of the Weis-Fogh type, in which a airfoil moves reciprocally in a channel, are studied in this paper using the advanced vortex method. The airfoil and the channel are approximated by a finite number of source and vortex panels, and the free vortices are introduced from the body surfaces. The viscous diffusion of fluid is represented using the core-spreading model to the discrete vortices. The velocity is calculated on the basis of the generalized Biot-Savart low and the pressure field is calculated from integrating the equation given by the instantaneous velocity and vorticity fields. Two-dimensional unsteady viscose flows of this propulsion mechanism are numerically clarified, and the calculated results agree well with the experimental ones.
The three-dimensional flows in the Weis-Fogh mechanism are studied by flow visualization and numerical simulation by the discrete vortex method. In this mechanism, two wings open, touching their trailing edges (fling), and rotate in opposite directions in the horizontal plane. The structure of the vortex systems shed from the wings is very complicated and their effects on the forces on the wings have not yet been clarified. The discrete vortex method, especially the vortex stick method, is employed to investigate the vortex structure in the wake of the two wings. The wings are represented by lattice vortices, and the shed vortices are expressed by discrete three-dimensional vortex sticks. The vortex distributions and the velocity field are calculated. The pressure is estimated by the Bernoulli equation, and the lift on the wing are also obtained.
The present study focuses on the case of developing flow with in a channel containing a long array of sinusoidal waves (2a/${\lambda}$=0.1, ${\lambda}$=h, ${\lambda}$ is the wavelength, 2a is the wave height, h is the mean channel depth) at the bottom wall. The Reynolds number defined with channel height, h and the mean velocity, U, is Re=6,700. The channel is sufficiently long such that transition is completed and the flow is fully developed over the downstream half of the channel. For the case of an incoming steady flow with no resolved turbulence, the instantaneous flow fields in the transition region are characterized by the formation of arrays of highly-organized large-scale hairpin vortices whose dimensions scale with that of the roughness elements. The paper explains the mechanism for the formation of these arrays of hairpin vortices and shows these eddies play the primary role in the formation of the large-scale streaks of high and low velocity over the wavy wall region. The presence of resolved turbulence in the incoming flow, reduces the streamwise distance needed for the streaks to develop over the wavy region, but does not affect qualitatively the transition process. In the fully-developed region, isolated and trains of large-scale hairpins play an important role in the dynamics of the streaks over the wavy wall.
The wire-wrapped fuel bundle is an assembly design in a sodium-cooled fast reactor. A wire spacer is used to maintain a constant gap between rods and to enhance the mixing of coolants. The wire makes the flow complicated by creating a sweeping flow and vortex flow. The vortex affects the flow field and heat transfer inside the subchannels. However, studies on vortices in this geometry are limited. The purpose of this research is to investigate the vortex flow created in the wire-wrapped fuel bundle. For analysis, a RANS-based numerical analysis was conducted for a 37-pin geometry. The sensitivity study shows that simulation with the shear stress transport model is appropriate. For the case of Re of 37,100, the mechanisms of onset, periodicity, and rotational direction were analyzed. The vortex structures were reconstructed in a three-dimensional space. Vortices were periodically created in the interior subchannel three times for one wire rotation. In the edge subchannel, the largest vortex occurred. This large vortex structure blocked the swirl flow in the peripheral region. The small vortex formed in the corner subchannel was negligible. The results can help in understanding the flow field inside subchannels with sweeping flow and vortex structures.
International Journal of Vascular Biomedical Engineering
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제1권2호
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pp.36-41
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2003
Both flow visualizations and computational fluid dynamics were performed to determine hemodynamics in a total cavopulmonary connection (TCPC) model for surgically correcting congenital heart defects. From magnetic resonance images, an anatomically correct glass model was fabricated to visualize steady flow. The total flow rates were 4, 6 and 8L/min and flow rates from SVC and IVC were 40:60. The flow split ratio between LPA and RPA was varied by 70:30, 60:40 and 50:50. A pressure-based finite-volume software was used to solve steady flow dynamics in TCPC models. Results showed that superior vena cava(SVC) and inferior vena cava(IVC) flow merged directly to the intra-atrial conduit, creating two large vortices. Significant swirl motions were observed in the intra-atrial conduit and pulmonary arteries. Flow collision or swirling flow resulted in energy loss in TCPC models. In addition, a large intra-atrial channel or a sharp bend in TCPC geometries could influence on energy losses. Energy conservation was efficient when flow rates in pulmonary branches were balanced. In order to increase energy efficiency in Fontan operations, it is necessary to remove a flow collision in the intra-atrial channel and a sharp bend in the pulmonary bifurcation.
The purpose of this study establishes the deep neural network (DNN) and Decoder models to predict the flow and thermal fields of three-dimensional wavy wings as a passive flow control. The wide ranges of the wavy geometric parameters of wave amplitude and wave number are considered for the various the angles of attack and the aspect ratios of a wing. The huge dataset for training and test of the deep learning models are generated using computational fluid dynamics (CFD). The DNN and Decoder models exhibit quantitatively accurate predictions for aerodynamic coefficients and Nusselt numbers, also qualitative pressure, limiting streamlines, and Nusselt number distributions on the surface. Particularly, Decoder model regenerates the important flow features of tiny vortices in the valleys, which makes a delay of the stall. Also, the spiral vortical formation is realized by the Decoder model, which enhances the lift.
This paper presented an investigation of macromolecular suspension in a grooved channel by using the dissipative particle dynamics (DPD) with finitely extensible non-linear elastic (FENE) bead spring chains model. Before studying the movement and evolution of macromolecules, the DPD method was first validated by modeling the simple fluid flow in the grooved channel. For both simple fluid flow and macromolecular suspension, the flow fields were analyzed in detail. It is found that the structure of the grooved channel with sudden contraction and expansion strongly affects the velocity distribution. As the width of the channel reduces, the horizontal velocity increases simultaneously. Vortices can also be found at the top and bottom corners behind the contraction section. For macromolecular suspension, the macromolecular chains influence velocity and density distribution rather than the temperature and pressure. Macromolecules tend to drag simple fluid particles, reducing the velocity with density and velocity fluctuations. Particle trajectories and evolution of macromolecular conformation were investigated. The structure of the grooved channel with sudden contraction and expansion significantly influence the evolution of macromolecular conformation, while macromolecules display adaptivity to adjust their own conformation and angle to suit the structure so as to pass the channel smoothly.
Interaction of blood flow and leaflet behavior in a bileaflet mechanical heart valve was investigated using computational analysis. Blood flows of a Newtonian fluid and a non-Newtonian fluid with Carreau model were modeled as pulsatile, laminar, and incompressible. A finite volume computational fluid dynamics code and a finite element structure dynamics code were used concurrently to solve the flow and structure equations, respectively, where the two equations were strongly coupled. Physiologic ventricular and aortic pressure waveforms were used as flow boundary conditions. Flow fields, leaflet behaviors, and shear stresses with time were obtained for Newtonian and non-Newtonian fluid cases. At the fully opened phase three jets through the leaflets were found and large vortices were present in the sinus area. At the very final stage of the closing phase, the angular velocity of the leaflet was enormously large. Large shear stress was found on leaflet tips and in the orifice region between two leaflets at the final stage of closing phase. This method using fluid-structure interaction turned out to be a useful tool to analyze the different designs of existing and future bileaflet valves.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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