Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.4
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pp.283-289
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2008
An experimental investigation was conducted to investigate the heat/mass transfer for impingement/effusion cooling system with inclined jet. Jets with inclined angle of 60 are applied to impingement/effusion cooling. At the jet Reynolds number of 10,000, the experiments were carried out for blowing ratios ranging from 0.0 to 1.5. The local heat/mass transfer coefficients on the effusion plate are measured using a naphthalene sublimation method. The result indicates that the inclined jet causes the non-uniform and low heat/mass transfer compared to the vertical jet. At stagnation region, the peak position is shifted from the geometrical center of injection hole due to Coanda effect and its level is higher than that of vertical jet due to increase in turbulence intensity by steep velocity gradient near the stagnation region. Further, the secondary peak region disappears because the interaction between adjacent wall jets weakens. When the initial crossflow occurs, the distorted heat/mass transfer pattern appears. As the blowing ratio (crossflow rate) increases, the heat/mass transfer distributions become similar to those of the vertical jet. This is because the effect of crossflow is dominant compared to that of inclined jet under high blowing ratio $(M{\geq}1.0)$. At low blowing ratio $(M{\leq}0.5)$, averaged Sh value is 10% lower than that of vertical jet, whereas its value at high blowing ratio $(M{\geq}1.0)$ is similar to that of vertical jet.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.6
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pp.1179-1194
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1992
QUICKER scheme has several attractive properties. However, under highly convective conditions, it produces overshoots and possibly some oscillations on each side of steps in the dependent variable when the flow is convected at an angle oblique to the grid line. Fortunately, it is possible to modify the QUICKER scheme using non-linear and linear functional relationship. Details of the development of polynomial upwinding scheme are given in this paper, where it is seen that this non-linear scheme has also third order accuracy. This polynomial upwinding scheme is used as the basis for the SHARPER and SMARTER schemes. Another revised scheme was developed by partial modification of QUICKER scheme using CDS and UPWIND schemes(QUICKUP). These revised schemes are tested at the well known bench mark flows, Two-Dimensional Pure Convection Flows in Oblique-Step, Lid Driven Cavity Flows and Buoyancy Driven Cavity Flows. For pure convection oblique step flow test problem, QUICKUP, SMARTER and SHARPER schemes remain absolutely monotonic without overshoot and oscillation. QUICKUP scheme is more accurate than any other scheme in their relative accuracy. In high Reynolds number Lid Driven Cavity Flow, SMARTER and SHARPER schemes retain lower computational cost than QUICKER and QUICKUP schemes, but computed velocity values in the revised schemes produced less predicted values than QUICKER scheme which is strongly effected by overshoot and undershoot values. Also, in Buoyancy Driven Cavity Flow, SMARTER, SHARPER and QUICKUP schemes give acceptable results.
Jindeog Chung;Taehwan Cho;Sunghoon Lee;Jaehoon Choi;Hakmin Lee
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.2
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pp.135-145
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2023
Developing high-fidelity Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation methods used to evaluate the airwake characteristics along a flight deck of a large ship, the various kind of data such as actual ship measurement and wind tunnel results are required to verify the accuracy of CFD simulation. Inflow velocity profile at the bow, local unsteady flow field data around the flight deck, and highly reliable wind tunnel data which were measured after reviewing Atmospheric Boundary Layer (ABL) simulation and Reynolds Number effects were also used to determine the key parameters such as turbulence model, time resolution and accuracy, grid resolution and type, inflow condition, domain size, simulation length, and so on in STAR CCM+. Velocity ratio and turbulent intensity difference between Full-scale CFD and actual ship measurement at the measurement points show less than 2% and 1.7% respectively. And differences in velocity ratio and turbulence intensity between wind tunnel test and small-scale CFD are both less than 2.2%. Based upon this fact, the selected parameters in CFD simulation are highly reliable for a specific wind condition.
The most common approach for computing engineering flow problems at high Reynolds number is still the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) computations based on turbulence models with wall functions. The recently developed generalized wall functions blending between the wall-limiting viscous and the outer logarithmic relations ensure a smooth transition of flow quantities across two regions. The performances and convergence properties of widely used turbulence models with wall functions that are applicable for turbulence kinetic energy (TKE), turbulent and specific dissipation rates, and eddy viscosity are presented through a series of near wall flow simulations. The present results show that RNG k-𝜖 model should be carefully applied with small tolerance to get the stable solution when the first grid lies in the buffer layer. The standard k-𝜖 and RNG k-𝜖 models are not sensitive to the selection of wall functions for both TKE and eddy viscosity, while the k-ω SST model should be applied together with kL-wall function for TKE and nutUB-wall functions for eddy viscosity to ensure accurate and stable boundary conditions. The applications to a backward-facing step flow at Re=155,000 reveal that the reattachment length is reasonably well predicted on appropriately refined mesh by all turbulence models, except the standard k-𝜖 model which about 13% underestimates the reattachment length regardless of the grid refinement.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.1
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pp.97-107
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2015
An analytical model was developed to estimate the viscous and squeeze-film damping ratios of heat exchanger tubes subjected to a two-phase cross-flow. Damping information is required to analyze the flow-induced vibration problem for heat exchange tubes. In heat exchange tubes, the most important energy dissipation mechanisms are related to the dynamic interaction between structures such as the tube and support and the liquid. The present model was formulated considering the added mass coefficient, based on an approximate model by Sim (1997). An approximate analytical method was developed to estimate the hydrodynamic forces acting on an oscillating inner cylinder with a concentric annulus. The forces, including the damping force, were calculated using two models developed for relatively high and low oscillatory Reynolds numbers, respectively. The equivalent diameters for the tube bundles and tube support, and the penetration depth, are important parameters to calculate the viscous damping force acting on tube bundles and the squeeze-film damping forces on the tube support, respectively. To calculate the void fraction of a two-phase flow, a homogeneous model was used. To verify the present model, the analytical results were compared to the results given by existing theories. It was found that the present model was applicable to estimate the viscous damping ratio and squeeze-film damping ratio.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.50
no.6
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pp.436-449
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2013
In this paper, a numerical analysis is carried out to study the characteristics of supercavitating flows and the drag of relatively simple two-dimensional and axisymmetric bodies which can be used for supercavity generation device, cavitator, of a high-speed underwater vehicle. In order to investigate the suitability of numerical models, cavity flows around the hemispherical head form and two-dimensional wedge are calculated with combinations of three turbulence models(standard $k-{\epsilon}$, realizable $k-{\epsilon}$, Reynolds stress) and two cavitation models(Schnerr-Sauer, Zwart-Gerber-Belamri). From the results, it is confirmed that the calculated cavity flow is more affected by the turbulence model than the cavitation model. For the calculation of steady state cavity flows, the convergence in case of the realizable $k-{\epsilon}$ model is better than the other turbulence models. The numerical result of the Schnerr-Sauer cavitation model is changed less by turbulence model and more robust than the Zwart-Gerber-Belamri model. Thus the realizable $k-{\epsilon}$ turbulence model and the Schnerr-Sauer cavitation model are applied to calculate supercavitating flows around disks, two dimensional $10^{\circ}$ and $30^{\circ}$ wedges. In case of the disk, the cavitation number dependences of the cavity size and the drag coefficient predicted are similar to either experimental data or Reichardt's semi-empirical equations, but the drag coefficient is overestimated about 3% higher than the Reichardt's equation. In case of the wedges, the cavitation number dependences of the cavity size are similar to experimental data and Newman's linear theory, and the agreement of the cavity length predicted and Newman's linear theory becomes better as decreasing cavitation number. However, the drag coefficients of wedges agree more with experimental data than those of Newman's analytic solution. The cavitation number dependences of the drag coefficients of both the disk and the wedge appear linear and simple formula for estimating the drag of supercavitating disks and wedges are suggested. Consequently, the CFD scheme of this study can be applied for numerical analysis of supercavitating flows of the cavitator and the cavitator design.
Yoon, Chan-Hoon;Kwon, Sang-Ki;Hwang, In-Phil;Kim, Jin
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.8
no.3
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pp.189-199
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2010
In a high-level waste (HLW) repository, heat is generated by the radioactive decay of the waste. This can affect the safety of the repository because the surrounding environment can be changed by the heat transfer through the rock. Thus, it is important to determine the heat transfer coefficient of the atmosphere in the underground repository. In this study, the heat transfer coefficient was estimated by measuring the indoor environmental factors in the Korea Atomic Energy Research Institute Underground Research Tunnel (KURT) under forced convection. For the experiment, a heater of 5 kw capacity, 2 meters long, was inserted through the tunnel wall in the heating section of KURT in order to heat up the inside of the rock to $90^{\circ}C$, and fresh air was provided by an air supply fan connected to the outside of the tunnel. The results showed that the average air velocity in the heating section after the provision of the air from outside of the tunnel was 0.81 m/s with the Reynolds number of 310,000~340,000. The seasonal heat transfer coefficient in the heating section under forced convection was $7.68\;W/m^2{\cdot}K$ in the summer and $7.24\;W/m^2{\cdot}K$ in the winter.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.3
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pp.37-45
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2002
The vortex flow and aerodynamic load characteristics of a $65^{\circ}$ sweep delta wing with the leading edge extension in sideslip condition is investigated experimentally. The freestream velocity is 40 m/sec, which corresponds to a Reynolds number per meter of $1.76{\times}10^6$ based on the wing root chord. The angles of attack range from $12^{\circ}$ to $28^{\circ}$, and the sideslip angles treated are $0^{\circ}$ , $-10^{\circ}$, $-20^{\circ}$. The LEX vortex of the leeward side. The LEX and wing vortics coalesce to to become a concentrated strong vortex or to break down at down at downstream position. Due to the interation of the LEX and wing vortices, a high suction pressure is maintained on the windward wing surface, and a low suction pressure is formed on the leeward wing surface
Jo, Young-Hee;Chang, Kyoungsik;Sheen, Dong-Jin;Park, Soo Hyung
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.42
no.7
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pp.535-543
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2014
A computational simulation for a nonslender BWB UCAV configuration with rounded leading edge and span of 1.0m was performed to analyze its aerodynamic characteristics. The freestream is 50m/s over -4 to 26 degree A.o.A.s. Reynolds number based on the mean chord length is $1.25{\times}10^6$. 3D multi block hexahedral grids are used which allow good grid quality and ease to capture boundary layer. ${\gamma}-Re_{\theta}$ model as well as $k-{\omega}$ SST model is employed to assess the effect of transition for flow behavior. Drag and lift of the UCAV were well predicted while $C_M$ is under predicted at high angle of attacks and influenced by the turbulence models strongly. After assessing pressure distribution, skin friction lines and velocity field around the UCAV configuration, it was found that transition effect should be considered to enhance the prediction of aerodynamic behavior by a vortical flowfield.
The appearance of a rivulet at the upper surface of a stay cable is responsible for rain-wind-induced vibration (RWIV) of cables of cable-stayed bridges. However, the formation mechanism of the upper rivulet and its aerodynamic effects on the stay cable has not been fully understood. Large eddy simulation (LES) method is used to investigate flow around and aerodynamics of a circular cylinder with an upper rivulet at a Reynolds number of 140,000. Results show that the mean lift coefficients of the circular cylinder experience three distinct stages, zero-lift stage, positive-lift stage and negative-lift stage as the rivulet located at various positions. Both pressure-induced and friction-induced aerodynamic forces on the upper rivulet are helpful for its appearance on the upside of the stay cable. The friction-induced aerodynamic forces, which have not been considered in the previous theoretical models, may not be neglected in modeling the RWIV. In positive-lift stage, the shear layer separated from the upper rivulet can reattach on the surface of the cylinder and form separation bubbles, which result in a high non-zero mean lift of the cylinder and potentially induces the occurrence of RWIV. The separation bubbles are intrinsically unsteady flow phenomena. A serial of small eddies first appears in the laminar shear layer separated from the upper rivulet, which then coalesces and reattaches on the side surface of the cylinder and eventually sheds into the wake.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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