The response characteristics and suppression of flow-induced vibrations of rectangular prisms with various width-to-depth ratios were experimentally investigated. The prisms were rigid and elastically mounted at both ends to enable constrained torsional vibrations only. The present study focused on torsional vibrations, one of the three types of flow-induced vibrations generated in a rectangular prism. First, the response characteristics of torsional vibrations generated in rectangular prisms were investigated by free-vibration tests. It was found that the response characteristics of torsional vibrations generated in rectangular prisms could be classified into six patterns depending on the width-to-depth ratio. Next, the response characteristics of torsional vibrations observed in the free-vibration tests were reproduced by forced-vibration tests, and the mechanisms by which the three types of flow-induced vibrations, low-speed torsional flutter, vortex excitation and high-speed torsional flutter, are generated in the rectangular prisms were elucidated on the basis of characteristics of fluid forces and visualized flow patterns. Experiments were also carried out to establish an effective method for suppressing flow-induced vibrations generated in the rectangular prisms, and it was found that low-speed torsional flutter and high-speed torsional flutter could be suppressed by placing a small normal plate upstream of the prism, which results in suppression of the alternating rolling-up of the shear layers separating from the leading edges of the prism. It was also found that vortex excitation could be suppressed by placing a splitter plate downstream of the prism, which results in suppression of the generation of wake vortices.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제12권1호
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pp.691-698
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2020
In this study, the effects of hydrodynamic interceptors on a high-speed vessel were investigated to identify the operating principle based on experiments. Model tests were performed using a high-speed towing carriage. The resistance, trim and rise of Center of Gravity (CG) of the high-speed vessel were measured for various ship speeds and interceptor heights. As the interceptor height increased, the trim and rise of CG were reduced. In order to quantitatively analyze these phenomena, the pressure at the stern bottom was measured using tactile sensors. The reliability of the measured results from the tactile sensors was verified through repeat tests. The pressure on the stern bottom increased in proportion to the interceptor height, as the interceptor partially blocked the flow there. Then, the trim was reduced. However, as the ship speed increases, the pressure at the location close to the interceptor decreases when the interceptor height is small, leading to increased trim. Therefore, the interceptor height for running attitude control should be carefully determined considering multiple factors in the operating condition of the high-speed planing hull.
The accurate prediction of aeroacoustic analysis is necessary for designers to control and reduce airflow-induced sound pressure levels in high speed rotating DVD drives. This paper focuses on the numerical prediction of airflow-induced sound in DVD drives. Computational fluid dynamics(CFD) is first conducted to evaluate flow field characteristics due to the high-speed disk rotation, and to support the acoustic analysis. The acoustic analogy based on Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H) equation is adopted to predict aeroacoustic noise patterns. The integral solution for quadrupole volume source is included to identify the turbulence noise generated inside the DVD tray. The strength of sound pressure level with respect to rotating speed is discussed to meet upfront demand on the high fidelity product development. The present study also focuses on the noise directivity and examines how much the sound noise is sensitive to change in rotating speed. Near-field noise is strongly affected by the flow field characteristic, which is caused by the complex shape of the tray. For a mid-field, the quadrupole noise play as a counterpart of thickness noise or loading noise, so it generates different sound noise patterns compared with those in the near field.
We study the progressive full-scale wind tunnel tests on a high solidity vertical axis wind turbine (VAWT) for various tip speeds and pitch angles to understand the VAWT shaft system's dynamics using 0-1 Test for chaos. We identify that while varying rotor speed (tip speed) of the turbine, the system's dynamics change from periodic to chaotic through quasiperiodic and strange non-chaotic (SNA) states. The present study is the first experimental evidence for the existence of these states in the VAWT shaft system to the best of our knowledge. Using the asymptotic growth value Kc in 0-1 test, when the turbine operates at the low tip speeds and high pitch angles for low incoming wind speeds, the system behaves periodic (Kc ≈ 0). However, when the incoming wind speed increases further the system's dynamics shift from periodic to chaotic vibrations through quasi-periodic and SNA. This phenomenon is due to the dynamic stalling of blades which induces chaotic vibration in the VAWT shaft system. Further, the singular continuous spectrum method validates the presence of SNA and differentiates the SNA from chaotic vibrations.
Kim, T.H.;Yoshikawa, M.;Narita, M.;Obara, T.;Ohyagi, S.
한국추진공학회:학술대회논문집
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한국추진공학회 2004년도 제22회 춘계학술대회논문집
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pp.85-92
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2004
As a research to develop a SCRAM jet engine is actively conducted, a necessity to produce a high-enthalpy flow in a laboratory is increasing. In order to develop the SCRAM-jet engine, stabilized combustion in a supersonic flow-field should be attained, in which a duration time of flow is extremely short. Therefore, a mixing process of breathed air and fuel, which is injected into supersonic flow-fields is one of the most important problem. Since, the flow inside SCRAM jet engine has high-enthalpy, an experimental facility is required to produce such high-enthalpy flow-field. In this study, a detonation-driven shock tunnel was built and was used to produce high-enthalpy flow. Further-more, SCRAM jet engine model equipped backward-facing step was installed at test section and flow-fields were visualized using color-schlieren technique and high speed video camera. The fuel was injected perpendicular to the flow of Mach number three behind backward-facing step. The height of the step, distance of injection and injection pressure were changed to investigate the effects of step on a mixing characteristic between air and fuel. The schlieren photograph and pressure histories show that the fuel was ignited behind the step.
A pump turbine is a technically matured option for energy production and storage systems. At the off-design operating range, the pump turbine succumbed to flow instabilities, which correlated with the pump turbine geometry. A low specific speed pump turbine was designed and modified according to the impeller blade angle. Reynolds-Average Navier-Stokes is carried out with a shear stress transport turbulence model to evaluate the detailed flow characteristics in the pump turbine. The impeller blade inlet angle (𝛽1) and outlet angle (𝛽2) are used to evaluate hydraulic loss in the pump turbine. When 𝛽1 changed from low to high value, the maximum efficiency is increased by 4.75% in turbine mode. The S-Curve inclination is reduced by 8% and 42% for changes in 𝛽1 and 𝛽2 from low to high values, respectively. At α = 21°, the shock loss coefficient (𝜁s) is reduced by 16% and 19% with increases of 𝛽1 and 𝛽2 from low to high values, respectively. When 𝛽1 and 𝛽2 values increased from low to high, the impeller friction coefficient (𝜁f) increased and decreased by 20% and 8%, respectively. Hence, the high 𝛽2 effectively reduced the loss coefficient and S-Curve inclination.
Recently, HSDI (High Speed Direct Injection) diesel engine has been spotlighted as a next generation engine because it has a good potential for high thermal efficiency and fuel economy. This study was carried out to investigate the in-cylinder flow characteristics generated in a 4-valve small diesel cylinder head with a tangential and helical intake port. The flow characteristics such as coefficient of flow rate(Cf), swirl ratio (Rs), and mass flow rate (ms) were measured in the steady flow test rig using the impulse swirl meter and the analysis of in-cylinder flow field was conducted by experiment using the PIV and calculation using the commercial CFD code. As the results from steady flow test indicate, the mass flow rate of the cylinder head with a short distance between the two intake ports is increased over 13% than that of the other head. However, the non-dimensional swirl ratio is decreased approximately 15%. From in-cylinder flow characteristics obtained by PIV and CFD calculation, we found that the swirl center was eccentric from the cylinder center and the velocity distribution became uniform near the TDC. In addition, the results of the calculation are good agreement with the experimental results.
Newly constructed, high-rise dense building areas by urban development can cause changes in local wind fields. Wind fields were analyzed to assess the impact on the local meteorology due to the land use changes during the urban redevelopment called "Eunpyeong new town" in north-western Seoul using CFD_NIMR_SNU (Computational Fluid Dynamics, National Institute of Meteorological Research, Seoul National University) model. Initial value of wind speed and direction use analysis value of AWS (Automatic Weather Station) data during 5 years. In the case of the pre-construction with low rise built-up area, it was simulated that the spatial distribution of horizontal wind fields depends on the topography and wind direction of initial inflow. But, in the case of the post-construction with high rise built-up area, it was analyzed that the wind field was affected by high rise buildings as well as terrain. High-rise buildings can generate new circulations among buildings. In addition, small size vortexes were newly generated by terrain and high rise buildings after the construction. As high-rise buildings act as a barrier, we found that the horizontal wind flow was separated and wind speed was reduced behind the buildings. CFD_NIMR_SNU was able to analyze the impact of high-rise buildings during the urban development. With the support of high power computing, it will be more common to utilize sophisticated numerical analysis models such as CFD_NIMR_SNU in evaluating the impact of urban development on wind flow or channel.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제2권1호
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pp.39-44
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2010
Recently underwater systems moving at high speed such as a super-cavitating torpedo have been studied for their practical advantage of the dramatic drag reduction. In this study we are focusing our attention on super-cavitating flows around axisymmetric cavitators. A numerical method based on inviscid flow is developed and the results for several shapes of the cavitator are presented. First using a potential based boundary element method, we find the shape of the cavtiator yielding a sufficiently large enough cavity to surround the body. Second, numerical predictions of supercavity are validated by comparing, with experimental observations carried out in a high speed cavitation tunnel at Chungnam National University (CNU CT).
The three-dimensional unsteady compressible Full Navier-Stokes equation solver with sliding multi-block method has been applied to analyze three dimensional characteristics of the flow field and compression wave around the high speed train which Is entering into a tunnel. The numerical scheme of AF + ADI was used to efficiently solve Navier-Stokes equations in the curvilinear coordinate system. The vortex formation around the nose region was found and the generation of compression wave due to the blockage effects was observed ahead of the train in the form of plane wave. The three dimensional characteristics of the flow field compared to the analytic results were discussed in detail. The variation of pressure of tunnel wall surface and velocity profile of the train are identified as the train enters into a tunnel. The changes in aerodynamic forces and streamlines of each specific sections are also discussed and presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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