Numerical simulations are conducted for laminar flow past a sphere rotating In the transverse direction, in order to investigate the effect of the rotation on the characteristics of flow over a sphere. The Reynolds numbers considered are Re=100, 250 and 300 based on the free-stream velocity and the sphere diameter, and the rotational speeds are in the range of $0{\leq}{\omega}{\leq}1$, where ${\omega}^{\ast}$ is the maximum velocity on the sphere surface normalized by the free-stream velocity. At ${\omega}^{\ast}=0$ (without rotation), the flow past the sphere experiences steady axisymmeoy, steady planar-symmetry and unsteady planar-symmetry, respectively, at Re=100, 250 and 300. However, with rotation, the flow becomes planar-symmetric for all the cases investigated and the symmetry plane is orthogonal to the axis of the rotation. The flow is also steady or unsteady depending on both the Reynolds number and the rotational speed, and the vortical structures behind the sphere are significantly modified by the rotation. For example, at Re=300, hairpin vortices completely disappear in the wake at ${\omega}^{\ast}=0.4\;and\;0.6$, and at ${\omega}^{\ast}=1$ vortical structures of a high frequency are newly generated due to the shear layer instability. It is also shown that with increasing rotational speed, the time-averaged drag and lift coefficients increase monotonically.
Energy dissipations in a general PHE flow are the compounded effects of the piled corrugate geometries and its wall pressure and temperature distributions. In addition, although the exchangers are substantial pieces of engineering equipment, they are composed of a very large number of nominally identical and small geometrical elements. In the present numerical study, the three-dimensionally complicated energy dissipation fields and those wall-shape-induced flow destabilization are investigated in the cross-corrugated passages, which result in high energy transports with comparatively low pressure drop. We revealed the critical conditions as $Re=157.3 for the wall-shape-induced flow destabilization in a general PHE element by initial value method, or shooting method, and compare its value to that of analytical solution of plane Poiseille flow, two-dimensional grooved flow and so on. We also observed the detailed variation of flow field and energy transportation with changes in time and flow variables such as Reynolds number. Lastly, we considered the flow natural frequency, or Strouhal number, with variation of hydrodynamic conditions for the best use of active control, such as forced mass flow rate pulsative flow, to enhance energy transportation.
Kargarmoakhar, Ramtin;Chowdhury, Arindam G.;Irwin, Peter A.
Wind and Structures
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제20권2호
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pp.327-347
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2015
This paper investigates the effects of Reynolds number (Re) on the aerodynamic characteristics of a twin-deck bridge. A 1:36 scale sectional model of a twin girder bridge was tested using the Wall of Wind (WOW) open jet wind tunnel facility at Florida International University (FIU). Static tests were performed on the model, instrumented with pressure taps and load cells, at high wind speeds with Re ranging from $1.3{\times}10^6$ to $6.1{\times}10^6$ based on the section width. Results show that the section was almost insensitive to Re when pitched to negative angles of attack. However, mean and fluctuating pressure distributions changed noticeably for zero and positive wind angles of attack while testing at different Re regimes. The pressure results suggested that with the Re increase, a larger separation bubble formed on the bottom surface of the upstream girder accompanied with a narrower wake region. As a result, drag coefficient decreased mildly and negative lift coefficient increased. Flow modification due to the Re increase also helped in distributing forces more equally between the two girders. The bare deck section was found to be prone to vortex shedding with limited dependence on the Re. Based on the observations, vortex mitigation devices attached to the bottom surface were effective in inhibiting vortex shedding, particularly at lower Re regime.
The effects of the internal flow in a D.I. Diesel injection nozzle on the atomization of a spray were analyzed experimentally. Flow visualization studies were made using a transparent acrylic model nozzle as a diesel nozzle . Water instead of disel fuel was used as the injection liquid. The geometry of the model nozzle was scaled up 10 times of the actual nozzle and the injection pressure for the model nozzle was adjusted so as to achieve a Reynolds number at the discharge hole that was the same as the actual nozzle. Experimental results show that when the needle lift was small, the high turbulence in the sac chamber generated by the high velocity seat flow made the spread angle of the spray plume large. Cavitation, which arose from the sac chamber, makes the spread angle of the spray plume large but the discharge coefficient small.
액막류는 다양한 산업분야에 적용되는 쉘-튜브 열교환기의 주요 열교환기구로 오랫동안 연구되어왔다. 액막류의 한쪽 경계는 고정벽에 접하고 있지만 반대편에서는 기체 영역과 경계를 형성하므로 액막 레이놀즈 수가 증가함에 따라 쉽게 불안정해지는 특징을 가지고 있다. 따라서 레이놀즈 수가 증가함에 따라 자유표면 파동 현상이 나타나는데, 층류 영역에서는 큰 진폭의 고립파가, 난류 천이 이후에는 낮은 진폭의 물결파가 나타난다. 액막류의 열전달 성능은 액막의 두께에 의해 크게 지배받는데 액막류에 동반된 파동은 액막 두께의 시공간적 변화를 의미하는 것이므로 이에 대한 정보를 해석적으로 수집하는 것은 액막류 열전달 성능을 예측하는데 필수적이다. 본 연구에서는 낮은 진폭의 물결파를 동반한 난류 액막류에 대하여 여러 가지 난류 모형을 적용한 해석결과들을 실험결과와 비교함으로써 난류 모형들에 대한 평가를 실시하였다.
Park, Cheol Woo;Lee, Changho;Lim, SooHee;Ni, Aleksey;An, Jin Hyo;Lee, Ho;Bae, Jae Sung;Kim, Jeehyun
Journal of the Optical Society of Korea
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제16권2호
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pp.174-180
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2012
In this study, the feasibility of spectral domain optical Doppler tomography for measuring blood flow characteristics in a micro-tube was demonstrated through several experiments. The use of an SD-ODT system in blood flow measurement can provide high resolution images (5 microns resolution). We prepared three capillary tubes to reveal the effect of different concentrations of hematocrit ratio (HR). One tube serves as the control. The two other tubes contained different concentrations of HR (5%, 25%). Three different capillary tube inlet flow velocities were tested in the present study. The Reynolds number (Re) which is based on the capillary tube inner diameter ranges from Re=6 to 48. We calculated a Doppler shift of the power spectrum of the temporal interference fringes with Kasai autocorrelation function to achieve the velocity profile of the flow. As a result, SD-ODT systems could not detect the cell depletion layer in the present study due to the limitation of spatial resolution. Nevertheless, these systems were proven to be capable of observing the RBCs of blood.
The present study investigates convective heat/mass transfer and flow characteristics in wavy ducts of primary surface heat exchanger. Experiments using a naphthalene technique are carried out to determine the local transfer characteristics for flow in the corrugated wall duct. The aspect ratios of the rectangular duct cross-section are 7.3, 4.7 and 1.8 with a corrugation angle of $145^{\circ}$. The Reynolds numbers, based on the duct hydraulic diameter, are ranged from 1000 to 5000. The local heat/mass transfer measurement is conducted in the spanwise directions. The results show that Tayler-Gortler vortices exist on the pressure surface. Flow separation on the suction surface appears at a high Reynolds number resulting in a sharp decrease in the local transfer rates, but relatively high transfer rates are obtained in the reattachment region.
The elliptic conceptual second moment models for turbulent heat fluxes, which are proposed on the basis of elliptic-blending and elliptic-relaxation equations, are applied to calculate the combined forced and natural turbulent convection in a vertical plane channel. The models satisfy the near-wall balance between viscous diffusion, viscous dissipation and temperature-pressure gradient correlation, and also have the characteristics of approaching its respective conventional high Reynolds number model far away from the wall. Also the models are closely linked to the elliptic blending model which is used for the prediction of Reynolds stress. In order to calibrate the heat flux models, firstly, the distributions of mean temperature and scala flux in fully developed channel flow with constant wall difference temperature are solved by the present models. The buoyancy effect on the turbulent characteristics including the mean velocity and temperature, the Reynolds stress tensor, and the turbulent heat flux vector are examined. In the opposing flow, the turbulent transport is greatly enhanced with both the Reynolds stresses and the turbulent heat fluxes being remarkably increased; whereas, in the aiding flow, the opposite change is observed. The results of prediction are directly compared to the DNS to assess the performance of the model predictions and show that the behaviors of the turbulent heat transfer in the whole flow region are well captured by the present models.
Information on temporal evolution of whole velocity fields are essential for physical understanding of a complicated turbulent flow. Due to advances of high-speed imaging technique, laser and electronics, high-speed digital cameras and high-repetition pulse lasers are commercially available in nowadays. A dynamic PIV system that can measure consecutive instantaneous velocity field with 1K$\times$ 1K pixels resolution at 1 fps was developed. It consists of a high-speed CMOS camera and a high-repetition Nd:YLF pulse laser. Theoretically, it can capture velocity fields at 20 fps with a reduced spatial resolution. In order to validate its performance, the dynamic PIV system was applied to a turbulent jet of which Reynolds number is about 3000. The particle images of 1024$\times$512 pixels were captured at a sampling rate of 4 KHz. The dynamic PIV system measured successfully the temporal evolution of instantaneous velocity fields of the turbulent jet, from which spectral analysis of turbulent structure was also feasible.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제9권1호
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pp.100-113
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2017
Snap rolling during hard turning and instability during emergency rising are important features of submarine operation. Hydrodynamics modeling using a high incidence flow angle is required to predict these phenomena. In the present study, a quasi-steady dynamics model of a submarine suitable for high-incidence-angle maneuvering applications is developed. To determine the hydrodynamic coefficients of the model, static tests, dynamic tests, and control surface tests were conducted in a towing tank and wind tunnel. The towing tank test is conducted utilizing a Reynolds number of $3.12{\times}10^6$, and the wind tunnel test is performed utilizing a Reynolds number of $5.11{\times}10^6$. In addition, least squares, golden section search, and surface fitting using polynomial models were used to analyze the experimental results. The obtained coefficients are presented in tabular form and can be used for various purposes such as hard turning simulation, emergency rising simulation, and controller design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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