Several previous works on rocket nozzle flows have revealed the existence of the transition from FSS to RSS and the occurrence of asymmetric flow associated with the boundary layer separation, which can cause excessive side-loads of the propulsion system. Thus, it is of practical importance to investigate the asymmetric flow behaviors of the propulsion nozzle and to develop its control method. In the present study, the asymmetric flow control method using a cavity system was applied to supersonic nozzle flow. Time-dependent asymmetric flow was experimentally investigated with the rate of change of the nozzle pressure ratio. The results obtained showed that the cavity system installed on nozzle wall would be helpful in fixing the unsteady motions of the boundary layer separation, consequently reducing the possibility of the occurrence of the asymmetric flow.
In this study, a passive control using a boat-tail device is conducted for a three-dimensional car model in ground proximity. We consider various boat-tails and investigate the mechanism of drag reduction by them. By varying the length and slant angle of boat-tail, we obtain drag reductions up to 40%. From the oil-surface flow visualization and hot-wire measurement, the drag reduction by the boat-tail is characterized by the shear-layer instability and reattachment on the boat-tail, forming a small separation bubble at the upstream part of boat-tail surface, resulting in the delay of main separation and drag reduction. At high slant angles, the flow fully separates and drag is nearly same as that of no control.
Flow over a sphere is controlled experimentally at $Re=10^5$ using electro-magnetic actuators. The electro-magnetic actuator developed in this study is composed of the permanent magnet electro-magnet membrane and slot. Eight actuators are placed inside the sphere at equally spaced intervals on a latitudinal plane and the position of the control slot is 76 from the stagnation point. Each actuator generates a periodic blowing and suction through the slot at variable frequencies of $10{\sim}140Hz$ and variable amplitudes by controlling electric signals applied to the electro-magnet. Drag on the sphere measured using a load cell is significantly reduced with control at the forcing frequencies larger than the natural shedding frequency $({\approx}14Hz\;at\;Re=10^5)$, whereas drag is slightly increased at the forcing frequency of 10Hz. It is shown from pressure measurement that the static pressure in the rear surface of the sphere is significantly increased with control, indicating that the separation is delayed due to control. Flow visualizations also show that the detaching shear layer is more attracted to the sphere center with control, the separation bubble size is significantly reduced, and motion inside the bubble is very weak, as compared to the case of uncontrolled flow.
The paper presents the surface-modified NACA 2412 airfoil performance with variable cavity characteristics such as size, shape and orientation, by numerically investigated with the pre-validation study. The study attempts to improve the airfoil aerodynamic performance at 30 m/s with a variable angle of attack (AOA) ranging from 0° to 20° under Reynolds number (Re) 4.4×105. Through passive surface control techniques, a boundary layer control strategy has been enhanced to improve flow performance. An intense background survey has been carried out over the modifier orientation, shape, and numbers to differentiate the sub-critical and post-critical flow regimes. The wall-bounded flows along with its governing equations are investigated using Reynolds Average Navier Strokes (RANS) solver coupled with one-equational transport Spalart Allmaras model. It was observed that the aerodynamic efficiency of cavity airfoil had been improved by enhancing maximum lift to drag ratio ((l/d) max) with delayed flow separation by keeping the flow attached beyond 0.25C even at a higher angle of attack. Detailed investigation on the cavity distribution pattern reveals that cavity depth and width are essential in degrading the early flow separation characteristics. In this study, overall general performance comparison, all the cavity airfoil models have delayed stalling compared to the original airfoil.
In this paper, separated flow characteristics is studied using the RANS(Reynold-averaged Navier-Stokes) modeling. The analysis is performed for the NASA's hump configuration which is the combination of a flat plate and a hump. This configuration was used in NASA's flow control workshop and it was one of validation cases for RANS and LES simulations. The separation occurs at the 65% of model length where a slot is positioned for the flow control. No flow control case and steady suction case are studied using RANS modeling. The Spalart-Allmaras model and the SST(Shear Stress Transport) model are applied and their accuracy are compared. To correlate CFD analysis with experimental data, the optimal boundary condition was investigated and the effect of a cavity around the slot is studied for the no flow case.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.8
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pp.8-15
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2006
Separation control has been performed using the multi-array/multi-location synthetic jet on NACA23012 at high angle of attack. The flow control using single synthetic jet shows that stall characteristics can be substantially improved with delayed separation point. Theses results show the characteristic of unsteady flow of single synthetic jet. Beside, we researched on multi-array synthetic jet to obtain applicable synthetic jet velocity. Multi-location synthetic jet is proposed to eliminate small vortex on suction surface of airfoil. With the results, we concluded that the flow around airfoil is stable by high frequency synthetic jet with elimination of small vortex and confirmation of stable flow. Moreover, performance of multi-array/multi-location synthetic jet can be improved by changing phase angle of multi-location synthetic jet.
Kim, Min-Hee;Kim, Woo-Re;Kim, Chong-Am;Jung, Kyung-Jin
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.7
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pp.585-595
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2011
The flow characteristics of synthetic jet depending on rectangular and circular jet exit configuration are investigated using numerical computation with cross flow. In rectangular slot, synthetic jet generates the strong vortex but supplies fewer momentum and effectiveness of flow control is reduced along flow direction. In circular slot, regular vortex is formed from slot center to end. It affects the wider region than rectangular slot. The distribution of wall shear stress is considered in order to indicate the effectiveness of flow control device for flow separation delay. Consequently, circular slot is a more suitable candidate for delaying flow separation. In order to derive the optimal shape of a circular slot exit, hole gap and diameter that affect the flow structure and flow control were analyzed. As a result, consider the hole diameter and gap of circular slot exit design, effectiveness of the flow control can be increased.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.18
no.4
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pp.359-369
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2006
This study aims deriving analysis the flow characteristic of kitchen hood system with using 3-D numerical analysis method and improving the system to expel pollutes more efficiently. This system is applied with $k-{\varepsilon}$ turbulent model and using incompressibility viscosity flow range and boundary condition which are related to Bossinesq approximation following density variation in control volume. To understand the flow characteristics of four models, this study only focuses on velocity field, temperature field, and concentration field varying with followings whether separation plate is set or not and the shapes of separation plates. The quantity of air, speed of exhaust fan and temperature and concentration of heating source are concerned as constant values.
Jet flows applied tangential to a foil surface near the leading and/or trailing edges increase the lift of the foil by delaying the separation also known as the Coanda effects. Many experimental and numerical studies have proven the effectiveness of Coanda effects on circulation control and the effects have been found to be useful in practical application in many aerodynamics fields. Most of the previous works have studied the effects of the jet blowing near the trailing edges and investigated the influence of jet momentum on lift. A few experimental studies, however, focused on the separation bubble that develops near the leading edge and applied jet flow the edge to remove the bubble but only to find decrease in lift. In the present paper, a Coanda foil of 20% thickness ellipse with modified rounded leading and trailing edges was investigated, and the flow around the foil was numerically studied. The blowing around the leading edge only decreased the lift, as the experiments showed, but the suction considerably increased the lift.
The objective of this study is to increase lift and decrease drag of an airfoil by delaying flow separation with piezo-ceramic actuators. The airfoil used is NACA 0012 and the chord length is 30cm. An experiment is performed at the freestream velocity of 15m/s at which the Reynolds number is $3{\times}10^5$. Seven rectangular actuators are attached to the airfoil surface and move up and down based on the electric signal. At the attack angle of $16^{\circ}$, the separation point is delayed downstream due to momentum addition induced by the movement of the actuators. Drag and lift are measured using an in-house 2-dimensional load cell and the surface pressures are also measured. Lift is increased by 10%, drag is reduced by 50%, and the efficiency is increased to 170%. The flow fields with and without control are visualized using the smoke-wire and tuft techniques.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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