This paper presents the effects of free-stream turbulence on streamwise surface pressure fluctuations on two-dimensional rectangular cylinders. Particular attention is given to possible effects of turbulence integral scale on fluctuation and peak pressures. The mean, standard deviation, peak pressure coefficients, spectra and cross-correlation of fluctuating pressures were measured to investigate the nature of the separation and reattachment phenomenon in turbulent flows over a wide range of turbulence intensity and integral scale.
Raatan, V.S.;Ramaswami, S.;Mano, S.;Pillai, S. Nadaraja
Wind and Structures
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v.34
no.4
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pp.385-394
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2022
Global Warming has been driven majorly by the consumption of fossil fuels. Harnessing energy from wind is viable solution towards reducing carbon footprint created due to burning such fuels, However, wind turbines have their problems of flow separation and aerodynamic stall to tackle with. In an attempt to delay the stall angle and improve the aerodynamic characteristics of the NACA 0015 symmetrical aerofoil, lateral cylindrical ridges were attached to its suction surface, at chord positions ranging from 0.1c to 0.5c. The characteristics of the original and ridged aerofoils were obtained using simultaneous pressure readings taken in a wind tunnel, at a free stream Reynolds number of Re = 2.81 × 105 for a wide range of free stream angles of attack ranging from -45° to 45°. Depending on the ridge size, a delay in stall angle varying from 5° to 20° was achieved together with the maximum increase in lift in the post-stall phases. Additionally, efforts were made to identify the optimum position for each ridge.
In this study, a square rectangular tall building is considered to investigate the effects of turbulence integral length scale and turbulence intensity on the along-wind responses, across-wind responses and torsional responses of the tall building by Large Eddy Simulation (LES). A recently proposed inflow turbulence generator called the discretizing and synthesizing random flow generation (DSRFG) approach is applied to simulate turbulent flow fields. It has been proved that the approach is able to generate a fluctuating turbulent flow field satisfying any given spectrum, desired turbulence intensity and wind speed profiles. Five profiles of turbulence integral length scale and turbulence intensity are respectively generated for the inflow fields by the DSRFG approach for investigating the effects of turbulence integral length scale and turbulence intensity on the wind-induced responses of the tall building. The computational results indicate that turbulence integral length scale does not have significant effect on the along-wind (displacement, velocity and acceleration) responses, across-wind displacement and velocity responses, while the across-wind acceleration and torsional responses vary without a clear rule with the parameter. On the other hand, the along-wind, across-wind and torsional responses increase with the growth of turbulence intensity.
This paper describes the effect of the incidence angle on the turbulence structure in the wake of a turbine rotor blade at the low inlet free-stream turbulence level. For three incidence angles of -5, 0 and 5 degrees, mid-span energy spectrum as well as mid-span profiles of mean velocity magnitude and turbulence intensity are reported at three downstream locations in the wake. Vortex shedding frequencies are obtained from the energy spectrum. The result shows that as the incidence angle changes from-5 to 5 degrees, the boundary layer on the suction surface tends to be thickened, which results in widening of the wake. Strouhal numbers based on the shedding frequencies have a nearly constant value of 0.3, independent of tested incidence angles.
The present study aims to generate turbulent inflow data to more accurately represent the turbulent flow around a square cylinder when the inflow turbulence level is significant. The modified random flow generation (RFG) technique in conjunction with a previously developed LES code is successfully adopted into a finite element based fluid flow solver to generate the required inflow turbulence boundary conditions for the three-dimensional (3-D) LES computations of transitional turbulent flow around a square cylinder at Reynolds number of 22,000. The near wall region is modelled without using wall approximate conditions and a wall damping coefficient is introduced into the calculation of sub-grid length scale in the boundary layer of the cylinder wall. The numerical results obtained from simulations are compared with each other and with the experimental data for different inflow turbulence boundary conditions in order to discuss the issues such as the synthetic inflow turbulence effects on the 3-D transitional flow behaviour in the near wake and the free shear layer, the basic mechanism by which stream turbulence interacts with the mean flow over the cylinder body and the prediction of integral flow parameters. The comparison among the LES results with and without inflow turbulence and the experimental data emphasizes that the turbulent inflow data generated by the present RFG technique for the LES computation can be a viable approach in accurately predicting the effects of inflow turbulence on the near wake turbulent flow characteristics around a bluff body.
Jeon, Sang Hyeon;Go, Young Jun;Kim, Bum Suk;Huh, Jong Chul
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.1
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pp.21-29
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2016
The wake effects behind wind turbines were investigated by using data from a Met Mast tower and the SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) system for a wind turbine. The results of the wake investigations and predicted values for the velocity deficit based on the eddy viscosity model were compared with the turbulence intensity from the Lange model. As a result, the velocity deficit and turbulence intensity of the wake increased as the free stream wind speed decreased. In addition, the magnitude of the velocity deficit for the center of the wake using the eddy viscosity model was overestimated while the turbulence intensity from the Lange model showed similarities with measured values.
Kim Hyun-Sub;Kweon Yong-Hun;Kim Heuy-Dong;Shon Myong-Hwan
Proceedings of the KSME Conference
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2002.08a
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pp.795-798
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2002
This paper dispicts the vortical flow characteristics over a delta wing using a computational analysis for the purpose of investigating and visualizing the effect of the angle of attack and fee stream velocity on the low-speed delta wing aerodynamics. Computations are applied to the full, 3-dimensional, compressible, Navier-Stokes Equations. In computations, the free stream velocity is changed between 20m/s and 60m/s and the angle of attack of the delta wing is changed between $16^{\circ}\;and\;28^{\circ}$. For the correct prediction of the major features associated with the delta wing vortex flows, various turbulence models are tested. The standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model predict well the vertical flows over the delta wing. Computational results are compared with the previous experimental ones. It is found that the present CFD results predict the vortical flow characteristics over the delta wing, and with an increase in the free steam velocity, the leading edge vortex moves outboard and its streangth is increased.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.3
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pp.356-365
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2001
Heat (mass) transfer characteristics have been investigated on the endwall of a large-scale linear turbine cascade. Its profile is based on the mid-span of the first-stage rotor blade in a industrial gas turbine. By using the naphthalene sublimation technique, local heat (mass) transfer coefficients are measured for two different free-stream turbulence intensities of 1.3% and 4.7%. The results show that local heat (mass) transfer Stanton number is widely varied on the endwall, and its distribution depends strongly on the three-dimensional vortical flows such as horseshoe vortices, passage vortex, and corner vortices. From this experiment, severe heat loads are found on the endwall near the blade suction side as well as near the leading and trailing edges of the blade. In addition, the effect of the free-stream turbulence on the heat (mass) transfer is also discussed in detail.
The V2F turbulence model, which has shown very good performance in several test cases at low speeds, has been applied to supersonic ramp flow with 20. corner angle at the free stream Mach number of 2.79. The flow is known to manifest strong shock wave/turbulent boundary layer interactions. As a comparative study, low-Reynolds k-ε models are also considered. While the V2F model predicts wall-pressure distribution well, it relatively predicts larger separation bubble and higher skin-friction after the reattachment than the experimental data. Although the ellpticity of f equation is the characteristics of incompressible flows, the converged solutions are acquired in the compressible flow with shock waves. The effect of the realizability constraints used in the model is also examined. In contrast to the result of impinging jet flows, the realizability bounds proposed by Durbin deterioate the overall solutions of the supersonic ramp flow.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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