This research work presents an experimental study's outcomes to reveal the impact of an O-ring on the flow control over a sphere placed in a turbulent boundary layer. The investigation is performed quantitatively and qualitatively using particle image velocimetry (PIV) and dye visualization. The sphere model having a diamater of 42.5 mm is located in a turbulent boundary layer flow over a smooth plate for gap ratios of 0≤G/D≤1.5 at Reynolds number of 5 × 103. Flow characteristics, including patterns of instantaneous vorticity, streaklines, time-averaged streamlines, velocity vectors, velocity fluctuations, Reynolds stress correlations, and turbulence kinetic energy (), are compared and discussed for a naked sphere and spheres having O-rings. The boundary layer velocity gradient and proximity of the sphere to the flat plate profoundly influence the flow dynamics. At proximity ratios of G/D=0.1 and 0.25, a wall jet is formed between lower side of the sphere and flat plate, and velocity fluctuations increase in regions close to the wall. At G/D=0.25, the jet flow also induces local flow separations on the flat plate. At higher proximity ratios, the velocity gradient of the boundary layer causes asymmetries in the mean flow characteristics and turbulence values in the wake region. It is observed that the O-ring with various placement angles (𝜃) on the sphere has a considerable alteration in the flow structure and turbulence statistics on the wake. At lower placement angles, where the O-ring is closer to the forward stagnation point of the sphere, the flow control performance of the O-ring is limited; however, its impact on the flow separation becomes pronounced as it is moved away from the forward stagnation point. At G/D=1.50 for O-ring diameters of 4.7 (2 mm) and 7 (3 mm) percent of the sphere diameter, the -ring exhibits remarkable flow control at 𝜃=50° and 𝜃=55° before laminar flow separation occurrence on the sphere surface, respectively. This conclusion is yielded from narrowed wakes and reductions in turbulence statistics compared to the naked sphere model. The O-ring with a diameter of 3 mm and placement angle of 50° exhibits the most effective flow control. It decreases, in sequence, streamwise velocity fluctuations and length of wake recovery region by 45% and 40%, respectively, which can be evaluated as source of decrement in drag force.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.3
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pp.14-21
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2006
The unsteady vortex lattice method is used to model twisting and flapping motions of a rectangular flat plate wing. The results for plunging and pitching motions were compared with the limited experimental results available and other numerical methods. They show that the method is capable of simulating many of the features of complex flapping flight. The lift, thrust and propulsive efficiency of a rectangular flat plate wing have been calculated for various twisting angles and reduced frequency with an amplitude of flapping angle($20^{\circ}$). And the effects of the twisting on the aerodynamic characteristics of the flapping wing are discussed by examination of their trends.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.33
no.1
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pp.19-26
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1996
An experimental and computational study of the pressure fluctuation induced by a propeller on a hull surface was carried out with three ship models and seven model propellers. The fluctuation of pressure on a flat plate was measured at KRISO cavitation tunnel and calculated by a panel and lifting surface method(XForShip code). To extend the measurement data on the flat plate into that on complex hull forms, the correction factor was determined as a ratio of the solid boundary factor(SBF). The computation of pressure fluctuation around complex hull forms was also performed to make the full scale prediction and compared with the corrected experimental data. The calculated values agreed well with the compensated experimental data and it was found that the correction factor was about 0.65-0.7.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.8
no.3
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pp.21-29
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1988
Evaluation of accurate design moments in two directions is a primary concern in designing R/C Slab. For this purpose, the use of finite element method utilizing isoparametric plate element is proposed. An example of the simply supported slab shows that the results agree well wth those from elastic plate theory throughout the span. The finite element solutions are also compared with those from equivalent frame method in a flat plate example. It is indicated that the distribution of total moment through the width of design strip using the ACI coefficients is unreasonable. In contrary to this, for the same strip model, the finite element method gives accurate moments in two directions. The proposed method can be applied to any geometric configuration of the slab system, thus the approach is considered to be much advantageous and improved one compared with existing methods.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.236-245
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2021
In this study, direct numerical and large eddy simulations of transitional flows around studs were conducted to investigate the effectiveness of turbulence stimulators at very low speeds for the minimum propulsion power condition of four knots. For simplicity, the studs were assumed to be installed on a flat plate, while the wake was observed up to 0.23 m downstream behind the second stud. For applicability to a model ship, we also studied the flow characteristics behind the first and second studs installed on a curved plate, which was designed to describe the geometry of a bulbous bow. A laminar-to-turbulent transition was observed in the wake at ReD ≥ 921 (U∞≥0.290 m/s), and the wall shear stress at ReD = 1162 (U∞ = 0.366 m/s) in the second wake was similar to that of the fully developed turbulent boundary layer after a laminar-to-turbulent transition in the first wake. At ReD = 581 (U∞ = 0.183 m/s), no turbulence was stimulated in the wake behind the first and second studs on the flat plate, while a cluster of vortical structures was observed in the first wake over the curved plate. However, a cluster of vortical structures was revealed to be generated by the reattachment process of the separated shear layer, which was disturbed by the first stud rather than directly initiated by the first stud. It was quite different from a typical process of transition, which was observed at relatively high ReD that the spanwise scope of the turbulent vortical structures expanded gradually as it went downstream.
Park, Jeong-Won;Kim, Dong-Kyu;Koo, Man-Hoi;Park, Jun-Hong
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.21
no.7
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pp.622-628
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2011
The purpose of this study was to analyze the vibro-acoustic characteristics of a stiffened rectangular plate at high frequencies. The stiffeners attached along the plate surface were assumed to have rotational and translational stiffness and inertia. The harmonic response of the stiffened plate were predicted and compared using the Rayleigh-Ritz method with two different trial functions - polynomial and beam functions. The variation of the spatially averaged mean square velocity and the modal characteristics with the number of stiffeners were obtained. The use of the beam function ensured fast convergence which was essential for analyzing the high frequency vibration responses. Using the calculated modal characteristics and the Rayleigh-integral, the radiated sound power was predicted, and the effects of stiffeners were investigated. The proposed model can be applied to study optimal layout of stiffeners for minimal noise generation of the stiffened structures.
An, Nam Hyun;Ryu, Sang Hoon;Chun, Ho Hwan;Lee, Inwon
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.1
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pp.151-161
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2014
In this study, an experimental investigation has been made of the applicability of outer-layer vertical blades to real ship model. After first devised by Hutchins and Choi (2003), the outer-layer vertical blades demonstrated its effectiveness in reducing total drag of flat plate (Park et al., 2011) with maximum drag reduction of 9.6%. With a view to assessing the effect in the flow around a ship, the arrays of outer-layer vertical blades have been installed onto the side bottom and flat bottom of a 300k KVLCC model. A series of towing tank test has been carried out to investigate resistance (CTM) reduction efficiency and improvement of stern wake distribution with varying geometric parameters of the blades array. The installation of vertical blades led to the CTM reduction of 2.15~2.76% near the service speed. The nominal wake fraction was affected marginally by the blades array and the axial velocity distribution tended to be more uniform by the blades array.
In this paper, the vibroacoustic responses of baffled laminated composite sandwich flat panel structure under the influence of harmonic excitation are studied numerically using a novel higher-order coupled finite-boundary element model. A numerical scheme for the vibrating plate has been developed in the frame work of the higher-order mid-plane kinematics and the eigen frequencies are obtained by employing suitable finite element steps. The acoustic responses are then computed by solving the Helmholtz wave equation using boundary element method coupled with the structural finite elements. The proposed scheme has been implemented via an own MATLAB base code to compute the desired responses. The validity of the present model is established from the conformance of the current natural frequencies and the radiated sound power with the available benchmark solutions. The model is further utilized to scrutinize the influence of core-to-face thickness ratio, modular ratio, lamination scheme and the support condition on the sound radiation characteristics of the vibrating sandwich flats panel. It can be concluded that the present scheme is not only accurate but also efficient and simple in providing solutions of the coupled vibroacoustic response of laminated composite sandwich plates.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.2
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pp.205-215
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2001
An experimental study has been performed to investigate the heat transfer characteristics of fin and tube heat exchanger. The existing transient and steady methods are very difficult to apply for the measurements of heat transfer coefficients of a thin heat transfer model. In this study the lumped capacitance method was adopted. The heat transfer coefficients were measured by using the lumped capacitance method based on the liquid crystal thermography. The method is validated through impinging jet and flat plate flow experiments. The two experiments showed that the results of the lumped capacitance method with polycarbonate model showed very good agreements with those of the transient method with acryl model. The lumped capacitance method showed similar results regardless of the thickness of polycarbonate model. The method was also applied for the heat transfer coefficient measurements of a fin and tube heat exchanger. The quantitative heat transfer coefficients of the plate fin were successfully obtained. As the frontal velocity increased, the heat transfer coefficients were increased, but the color-band shape showed similar patterns regardless of frontal velocity.
Byeonguk Ahn;Fahimeh Yavartanoo;Jang-Keun Yoon;Su-Min Kang;Seungjun Kim;Thomas H.-K. Kang
Computers and Concrete
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v.31
no.4
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pp.337-348
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2023
Shear wall is commonly used as a lateral force resisting system of concrete mid-rise and high-rise buildings, but it brings challenges in providing relatively large space throughout the building height. For this reason, the structure system where the upper structure with bearing, non-bearing and/or shear walls that sits on top of a transfer plate system supported by widely spaced columns at the lower stories is preferred in some regions, particularly in low to moderate seismic regions in Asia. A thick reinforced concrete (RC) plate has often been used as a transfer system, along with RC transfer girders; however, the RC plate becomes very thick for tall buildings. Applying the post-tensioning (PT) technique to RC plates can effectively reduce the thickness and reinforcement as an economical design method. Currently, a simplified model is used for numerical modeling of PT transfer plate, which does not consider the interaction of the plate and the upper structure. To observe the actual behavior of PT transfer plate under seismic loads, it is necessary to model whole parts of the structure and tendons to precisely include the interaction and the secondary effect of PT tendons in the results. This research evaluated the seismic behavior of shear wall-type residential buildings with PT transfer plates for the condition that PT tendons are included or excluded in the modeling. Three-dimensional finite element models were developed, which includes prestressing tendon elements, and response spectrum analyses were carried out to evaluate seismic forces. Two buildings with flat-shape and L-shape plans were considered, and design forces of shear walls and transfer columns for a system with and without PT tendons were compared. The results showed that, in some cases, excluding PT tendons from the model leads to an unrealistic estimation of the demands for shear walls sit on transfer plate and transfer columns due to excluding the secondary effect of PT tendons. Based on the results, generally, the secondary effect reduces shear force demand and axial-flexural demands of transfer columns but increases the shear force demand of shear walls. The results of this study suggested that, in addition to the effect of PT on the resistance of transfer plate, it is necessary to include PT tendons in the modeling to consider its effect on force demand.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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