The two dimensional time dependent flow past a circular cylinder is analyzed numerically. In the analysis, equations of conservation of mass and momentum are transformed to equations of stream function-vorticity and vorticity transport, and nondimensionalized by nondimensional parameters representing flow characteristics, The resulting stream function-vorticity equstion and vorticity transport equation are solved by successive over relaxation scheme and alternating direct implicit scheme. Numerical experments are performed for the flow in the range of Reynolds number 125 to 275. The time dependent streamlines, vorticities, pressure on cylinder surface, separation angle, and drag and lift coefficients are calculated, and the method for estimation of pressure on cylinder surface and the outer boundary limit are developed.
The two dimensional time dependent flow past a circular cylinder is analyzed numerically. In the analysis, equations of conservation of mass and momentum are transformed to equations of stream function-vorticity and vorticity transport, and nondimensionalized by nondimensional parameters representing flow characteristics, The resulting stream function-vorticity equation and vorticity transport equation are solved by successive over relaxation scheme and alternating direct implicit scheme. Numerical experiments are performed for the flow in the range of Reynolds number 125 to 275. The time dependent streamlines, vorticities, pressure on cylinder surface, separation angle, and drag and lift coefficients are calculated, and the method for estimation of pressure on cylinder surface and the outer boundary limit are developed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.5
s.248
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pp.438-445
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2006
We performed the simulation of the unsteady three dimensional flow over a square cylinder in a wind tunnel in moderate Reynolds number range, $100{\sim}2500$ by using LBM. SGS model was applied for the turbulent flow. Frist of all we compared LBM(Lattice Boltzmann Method) solution of Poiseuille flow applied Farout and bounce back boundary conditions with the analytical and FOAM solutions to verify the applicability of the boundary conditions. For LBM simulation the calculation domain was formed by structured grids and prescribed uniform velocity and density inlet and Farout boundary conditions were imposed on the in-out boundaries. Bounceback and wind tunnel boundary conditions were applied to the cylinder walls and the boundaries of calculation domain respectively. The maximum Strouhal number of the vortex shedding is 0.2025 at Re = 750. and the number maintains the constant value of 0.18 when Re>1000. We also predicted that the critical reynolds number of the turbulent flow is in the range of $250{\sim}500$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.9
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pp.1276-1283
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2002
Recently, HSDI (High Speed Direct Injection) diesel engine has been spotlighted as a next generation engine because it has a good potential for high thermal efficiency and fuel economy. This study was carried out to investigate the in-cylinder flow characteristics generated in a 4-valve small diesel cylinder head with a tangential and helical intake port. The flow characteristics such as coefficient of flow rate(Cf), swirl ratio (Rs), and mass flow rate (ms) were measured in the steady flow test rig using the impulse swirl meter and the analysis of in-cylinder flow field was conducted by experiment using the PIV and calculation using the commercial CFD code. As the results from steady flow test indicate, the mass flow rate of the cylinder head with a short distance between the two intake ports is increased over 13% than that of the other head. However, the non-dimensional swirl ratio is decreased approximately 15%. From in-cylinder flow characteristics obtained by PIV and CFD calculation, we found that the swirl center was eccentric from the cylinder center and the velocity distribution became uniform near the TDC. In addition, the results of the calculation are good agreement with the experimental results.
Laminar Flow over an equilateral triangular cylinder is studied for several inflow angles. Under an uniform flow of $Re_d$=50,75,100,125,150, the triangular cylinder is rotated by ${\theta}$=$0^{\circ}$,$15^{\circ}$,$30^{\circ}$,$45^{\circ}$,$60^{\circ}$,$75^{\circ}$,$90^{\circ}$,$105^{\circ}$. The governing equations are solved by the PISO algorithm based on the finite volume method of the unstructured grid system. The effects of the inflow angle on the vortex-shedding flows are investigated. The Strouhal number shows a minimum at ${\theta}$=$60^{\circ}$. It is closely related to the variation of pressure and flow structure induced by the movement of separation points.
The present study has numerically investigated two-dimensional flow over three circular cylinders in an equidistant side-by-side arrangement at a low Reynolds number. For the study, numerical simulations are performed, using the immersed boundary method, in the range of g* < 5 at Re= 100, where g* is the spacing between two adjacent cylinder surfaces divided by the cylinder diameter. Results show that the flow characteristics significantly depend on the gap spacing and a total of five kinds of wake patterns are observed over the range: modulation-synchronized (g* (equation omitted) 2), inphase-synchronized (g* (equation omitted) 1.5) , flip-flopping (0.3 < g* (equation omitted) 1.2) , deflected (g* (equation omitted) 0.3), and single bluff-body patterns (g* < 0.3). Moreover, the parallel and symmetric modes are also observed depending on g* in the regime of the flip-flopping pattern. The corresponding flow fields and statistics are presented to verify the observations.
Heat exchanger tube array in a heat recovery steam generator is exposed to the hot exhaust gas flow and it could cause the flow induced vibration, which could damage the heat exchanger tube array. It is needed for the structural safe operation of the heat exchanger to establish the characteristics of flow induced vibration in the tube array. The researches for the flow induced vibration of typical heat exchangers have been conducted and the nondimensional PSD(Power Spectral Density) function with the Strouhal number, fD/U, had been derived by experimental method. The present study examined the results of the previous experimental researches for the nondimensional PSD characteristics by CFD analysis and the basis for the application of flow induced vibration to the heat recovery steam generator tube array would be prepared from the present CFD analysis. For the previous mentioned purpose, the present CFD analysis introduced a single circular cylinder and calculated with the unsteady laminar flow over the cylinder. The characteristics of vortex shedding and lift fluctuation over the cylinder was investigated. The derived nondimensional PSD was compared with the results of the previous experimental researches and the characteristics of lift PSD over a single circular cylinder was established from the present CFD study.
Numerical simulations are carried out for flow over a circular cylinder controlled by the momentum forcing which is generated by a pair of plasma actuators symmetrically mounted on the cylinder surface. A popular and empirical plasma model is used for the spatial distribution of momentum forcing. In this study, we consider two different types of actuation, i.e., steady and unsteady (or pulsed) actuation. In the unsteady actuation, the actuation is turned on and off periodically, its frequency being a control parameter. The objective of this study is to investigate the effects of actuator location and actuation frequency on the flow structures and the forces on the cylinder. Results show that the cylinder wake can be effectively controlled by proper actuator location. For example, when the actuators are located at $120^{\circ}$ from the stagnation point, vortex shedding is completely suppressed with the boundary layer almost fully attached to the surface, resulting in drag reduction and lift elimination.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.22
no.4
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pp.436-444
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1998
Applicability of the RNG k-$\varepsilon$ model to the analysis of unsteady axisymmetric turbulent flow of a reciprocating engine including port/valve assembly is studied numerically. The governing equations based on non-orthogonal including port/valve assembly is studied numerically. The governing equations based on a non-orthogonal coordinate formulation with Cartesian velocity components are used and discretised by the finite volume method with non-staggered variable arrangements. The predicted results using the RNG k-$\varepsilon$ model of the unsteady axisymmetric turbulent flow within a cylinder of reciprocating model engine including port/valve assembly are compared to these from the modified k-$\varepsilon$ model and experimental data. Using the RNG k-$\varepsilon$ model seems the have some potential for the simulations of the unsteady turbulent flow within a port/valve-cylinder assembly over the modified k-$\varepsilon$model.
Two engines, one is conventional DOHC 4 valve and the other is narrow valve angle, were used to compare the characteristics of swirl motion generation in the cylinder. One intake port is deactivated to induce swirl flow. A PIV (Particle Image Velocimetry) was applied to measure in-cylinder velocity field according to inlet valve angle during intake and compression stroke. The results show that the flow patterns of narrow valve engine are much more stable and well arranged compared with the normal engine over the entire intake and compression stroke except early intake stage, and very strong swirl motion is generated at the end of compression stage in this engine nevertheless using straight port which is unfavorable for swirl generating. In the normal engine, however, strong swirl motion induced during intake stroke is destroyed as the compression progresses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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