This paper presents numerical simulations of flow around a circular patch of vegetation using a depth-averaged two-dimensional numerical model which is capable of simulating flow structure in vegetated open channel. In order to account for vegetation effect, drag force terms are included in governing equations. Numerical simulations are conducted with various solid volume fractions (SVF). Flow passes through a circular patch and low velocity region, which is called wake region, is formed downstream of the patch. When SVF is larger than 0.08, a recirculation is observed. The location of the recirculation is moved further downstream as SVF decreases. Von-$K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ vortex street is developed beyond the wake region due to interaction between two shear layers induced by a circular patch of vegetation. The vortex is developed as SVF is larger than 0.08, and the location of the vortex is consistent with the maximum of turbulence kinetic energy. The location of the peak of turbulence kinetic energy is moved further downstream as SVF decreases.
Recently, small hydropower attracts attention because of its clean, renewable and abundant energy resources to develop. Therefore, a cross-flow hydraulic turbine is proposed for small hydropower development in this study. The turbine‘s simple structure and high possibility of applying to the sites of relatively low effective head and large flow rate can be advantages for the introduction of the small hydropower development. The purpose of this study is not only to investigate the effects of air layer in the turbine chamber on the performance and internal flow of the cross-flow turbine, but also to suggest a newly developed air supply method. CFD analysis for the performance and internal flow of the turbine is conducted by an unsteady state calculation using a two-phase flow model in order to embody the air layer effect on the turbine performance effectively. The result shows that air layer effect on the performance of the turbine is considerable. The air layer located in the turbine runner passage plays the role of preventing a shock loss in the runner axis and suppressing a recirculation flow in the runner. The location of air suction hole on the chamber wall is very important factor for the performance improvement. Moreover, the ratio between air from suction pipe and water from turbine inlet is also significant factor of the turbine performance.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.9
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pp.1253-1262
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2001
Experimental study is conducted to investigate the heat/mass transfer and flow characteristics for the flow over backward-facing step and cavities. A naphthalene sublimation method has been employed to measure the mass transfer coefficients on the duct wall and LDV system has been used to obtain mean velocity profiles and turbulence intensities. Reynolds number based on the step height and free stream velocity is 20,000 and St numbers of acoustic excitations given to separated flow are 0.2 to 0.4. The spectra of streamwise velocity fluctuation show a sharp peak forcing frequency for an acoustically excited flow. The results reveal that the vortex pairing and overall turbulence level are enhanced by the acoustic excitation and a significant decrease in the reattachment length and the increased turbulence intensity are observed with the excitation. A certain acoustic excitation increases considerably the heat/mass transfer coefficient at the reattachment point and in the recirculation region. For the cavities, heat/mass transfer is enhanced by the acoustic excitation due to the elevated turbulence intensity. For the 10H cavity, the flow pattern is significantly changed with the acoustic excitation. However, for the 5H cavity, the acoustic excitation has little effect on the flow pattern in the cavity.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.2
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pp.110-120
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2009
Generally the fluid flows within the centrifugal impeller passage as a decelerating flow with an adverse pressure gradient along the stream wise path. This flow tends to be in a state of instability with flow separation zones on the suction surface and on the front shroud. Hence several experimental attempts were earlier made to assess the efficacy of using boundary layer fences to trip the flow in the regions of separation and to make the flow align itself into stream wise direction so that the losses could be minimized and overall efficiency of the diffusion process in the fan could be increased. With the development of CFD, an extensive numerical whole field analysis of the effect of boundary layer fences in discrete regions of suspected separation points is possible. But it is found from the literature that there have been no significant attempts to use this tool to explore numerically the utility of the fences on the flow field. This paper attempts to explore the effect of boundary layer fences corresponding to various geometrical configurations on the impeller as well as on the diffuser. It is shown from the analysis that the fences located on the impellers near the trailing edge on pressure side and suction side improves the static pressure recovery across the fan. Fences provided at the radial mid-span on the pressure side of the diffuser vane and near the leading edge and trailing edge of the suction side of diffuser vanes also improve the static pressure recovery across the fan.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2016.05a
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pp.65-65
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2016
Various types of flow conditions are developed in the region just downstream of hydraulic structures such as weir and drop structures. One of distinct flow conditions occurred downstream of drop structures is the wave type flow with undular hydraulic jump formation. We present three-dimensional numerical simulations of a wave type flow formed downstream of a stepped weir which were experimentally investigated by Kang et al. (2010). The turbulent flow over the weir structure is modeling using the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (URANS) simulation employing the Spalart-Allmaras one equation model and the detached eddy simulation. Numerical modeling and the performance of turbulence modeling approaches are evaluated by comparing with the experimental measurements in terms of the free surface variation, the shapes and sizes of undular wave, roller near at free surface, recirculation zone near the channel bottom downstream of the structures, and streamwise velocity profiles at selected longitudinal locations.
The steady non-reacted compressible flow field in a symmetric micro-thruster, which is used for the accurate attitude control of a satellite, is analyzed varying the nozzle pressure ratio (NPR) to investigate the plume characteristics. The nozzle throat diameter is 0.06 inch and the area ratio is 56. The recirculation region is found just behind the normal shock at the several NPRs due to the locally adverse pressure gradient along the nozzle centerline when the environmental pressure is atmospheric. This phenomenon, the cause of flow loss, is similar to the flow behind a blunt body. As NPR increases the location of Mach disk, characteristics of the normal shock, moves downstream and its strength increases. The Mach number distribution appears in a wave-type patter after the normal shock because oblique shocks are reflected on the shock boundaries especially when NPRs are very high.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.12
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pp.1708-1715
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2003
An experimental study was made of turbulent separated and reattaching flow over a backward-facing step, where unsteady wake was generated by a spoked-wheel type wake generator with cylindrical rods in front of the separated flow. The influence of unsteady wake was scrutinized in terms of the rotating speed of the wake generator (0$\leq$S $t_{H}$$\leq$0.4). A conditional averaging technique in corporation with SBF was employed to elucidate the influence of the unsteady wake on the large-scale vortical structures of the separated flow. Special attention was made during two-dimensional measurements of wall-pressure with or without unsteady wake. The wall-pressure fluctuations were used to predict dipole sound source by Curie's integral formula. It was found that the reduction of the dipole sound source was due to the reduction of turbulent kinetic energy by unsteady wake in the recirculation region.n.
The objective of the present study is to evaluate the effects of the stenting shapes on flow velocity and wall shear stress in angulated coronary stenosis by computer simulation. Coronary angiogram and Doppler ultrasound measurement in the patients with angulated coronary stenosis were obtained. Inlet wave velocity distribution obtained from in vivo intracoronary Doppler data was used for the numerical simulation. Spatial pattern of blood flow velocity and recirculation area were drawn through out the selected segment of coronary models. Wall shear stresses in the intracoronary stent models were calculated from three-dimensional computer simulation. A negative shear stress region, which is consistent with re-circulation area on flow pattern, was noted on the inner wall of post-stenotic area of pre-stenting model. The negative shear stress was disappeared after stenting. Shear stress in the post-stenting model was markedly reduced up to about two orders of magnitude compared to that of the pre-stenting model.
We have conducted a numerical simulation under three-dimensional unsteady conditions in order to analyze the effect of flow and CO₂ mass transfer according to the distance between the CO₂ nozzle of CO₂ fire fighting system and the rear wall in a protection space. Flow fields and CO₂ concentration fields were measured. The different recirculation flow form and wall jet was developed according to increasing the distance between CO₂ nozzles and rear wall. In all the case, CO₂ mass transfer was generated toward the center of a protection space from each walls, but the CO₂ mass fraction of front and rear areas based on CO₂ nozzles showed higher or lower by increasing the distance between CO₂ nozzle and rear wall.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.1
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pp.219-230
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1995
The flow characteristics of a two-dimensional offset jet issuing parallel to a rough wall is experimentally investigated by using a split film probe with the modified Stock's calibration method. The mean velocity and turbulent stresses profiles in the up and down-stream locations of the wall-attachment regions are measured and compared with those of the smooth wall attaching offset jet cases. It is found that the wall-attachment region on the rough wall is wider than on the smooth wall for the same offset height and the jet speed. The position of the maximum velocity point is farther away from the wall than that for the smooth wall case because of the thick wall boundary layer established by the surface roughness. It is concluded that the roughness of the wall accelerates the relaxation process to a redeveloped plane wall jet and produces a quite different turbulent diffusion behavior especially near the wall from comparing with the smooth plane wall jet turbulence.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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