In order to investigate the physical mechanism of the energy cascade in homogeneous isotropic turbulence, we introduce Galilean-invariant energy and its transfer rate in the real space as a function of position, time and scale. By using a database of direct numerical simulations (DNS) of homogeneous isotropic turbulence, it is shown that (i) fully developed turbulence consists of multi-scale coherent vortices of tubular shapes, (ii) the energy at each scale is mainly confined in vortex tubes with the radii of the same order of the length scale, and (iii) the energy transfer takes place around pairs (especially, anti-parallel pairs) of such vortex tubes. Based on these observations, it is suggested that the energy cascade can be caused, in the real space, by the process of the stretching and creation of smaller (i.e. thinner) vortex tubes by the straining field around pairs of larger (i.e. fatter) vortex tubes. Indeed, it is quite easy to find such events (in our DNS fields) which strongly support this scenario of the energy cascade.
In order to investigate the physical mechanism of the energy cascade in homogeneous isotropic turbulence, we introduce Galilean-invariant energy and its transfer rate in the real space as a function of position, time and scale. By using a database of direct numerical simulations (DNS) of homogeneous isotropic turbulence, it is shown that (i) fully developed turbulence consists of multi-scale coherent vortices of tubular shapes, (ii) the energy at each scale is mainly confined in vortex tubes with the radii of the same order of the length scale, and (iii) the energy transfer takes place around pairs (especially, anti-parallel pairs) of such vortex tubes. Based on these observations, it is suggested that the energy cascade can be caused, in the real space, by the process of the stretching and creation of smaller (i.e. thinner) vortex tubes by the straining field around pairs of larger (i.e. fatter) vortex tubes. Indeed, it is quite easy to find such events (in our DNS fields) which strongly support this scenario of the energy cascade.
Homogeneous and isotropic turbulence (HIT) with no mean flow is a very useful type of flow for basic turbulence research. However, it is difficult to generate HIT in the lab. In this study, we implemented HIT in a confined box through synthetic jet actuators using sub-woofer speakers. Characteristics of HIT are varied depending on the strength of the jets. We used 2D PIV to measure the velocity field. Turbulence statistics such as homogeneity, isotropy ratio, turbulence kinetic energy, dissipation rate, Taylor microscale, Kolmogorov scale, and velocity correlation coefficient were calculated. Most of the turbulence statistics increased exponentially according to the strength of the jets, and the Taylor Reynolds number reached up to 185.
The motion of small heavy particles in homogeneous isotropic turbulence in the present of gravity is investigated using Direct Numerical Simulations (DNS) at moderate Reynolds number. The Lagrangian velocity and acceleration statistics of particles and of flow for a wide range of Stokes number, defined as the ratio of the particle response time to Kolmogorov time scale of turbulence, were obtained for the direction of the gravity and normal direction, respectively. It is found that particles lose their correction faster than the case without gravity. Then, a significant increase in the average settling velocity was observed for a certain range of Stokes number. Our focus is placed on gravitational effect on very small particles. Our simulations show that as the Stokes number reduces to zero, their mean settling velocity approaches the terminal velocity in still fluid.
This paper investigates the modal acoustic power by a cascade of flat-plate airfoils interacting with homogeneous, isotropic turbulence. Basic formulation for the acoustic power upstream and downstream is based on the analytical theory of Smith and its generalization due to Cheong et al. The acoustic power spectrum has been expressed as the sum of cut-on acoustic modes, whose modal power is the product of three terms: a turbulence series, an upstream or downstream power factor and an upstream or downstream acoustic response function. The effect of these terms in the modal acoustic power has been examined. For isotropic turbulence gust, the turbulent series are only reducing factor of the modal acoustic power. The power factor tends to reduce the modal acoustic power in the upstream direction, although the power factor is liable to increase the modal acoustic power in the downstream direction. The modes close to cut-off are decreasing strongly, especially in the downstream direction. Therefore the modes close to cut-off don't contribute highly to the radiated acoustic power in the downstream direction, although the modal acoustic pressure is high for these modes.
This paper investigates the modal acoustic power by a cascade of flat-plate airfoils interacting with homogeneous, isotropic turbulence. Basic formulation for the acoustic power upstream and downstream is based on the analytical theory of Smith and its generalization due to Cheong et al. The acoustic power spectrum has been expressed as the sum of cut-on acoustic modes, whose modal power is the product of three terms: a turbulence series, an upstream or downstream power factor and an upstream or downstream acoustic response function. The effect of these terms in the modal acoustic power has been examined. For isotropic turbulence gust, the turbulent series are only reducing factor of the modal acoustic power. The power factor tends to reduce the modal acoustic power in the upstream direction, although the power factor is liable to increase the modal acoustic power in the downstream direction. The modes close to cut-off are decreasing strongly, especially in the downstream direction. Therefore the modes close to cut-off don't contribute highly to the radiated acoustic power in the downstream direction, although the modal acoustic pressure is high for these modes.
Present paper deals with turbulence-airfoil interaction noise and mainly investigates the effects of airfoil thickness on the broadband noise spectrum. The acoustic power radiation from an airfoil is predicted using high-order time-domain method, which is based on the computational aeroacoustic technique solving the linear Euler equations. The homogeneous and isotropic turbulence is generated by utilizing the synthetic turbulence modeling based on random particle method. The airfoils taken into consideration are a flat-plate and a NACA0012 airfoil aligned with uniform mean flow. The effects of airfoil thickness on the radiated inflow turbulence noise are investigated by comparing acoustic power spectrum predicted for each airfoil. The comparison of acoustic power spectrum reveals that the airfoil thickness significantly contributes the high frequency noise reduction.
음향수신신호의 위상은 매질에 대한 정보를 포함하고 있기 때문에 위상 변동을 연구하는 것은 매질에 대한 연구와 동반 되어야 한다. 또한 SAS (Synthetic Aperture Sonar)나 수중통신 등의 신호처리 시 수신신호의 위상변동 보정이 필요하다. 본 연구에서는 미세구조 난류에 의한 수신신호의 위상분산을 고찰하였다. 국지적으로 등방성이고 균질한 난류 환경 하에서 난류세기인자를 구하였고 음파 전달경로에 따라 난류세기가 미치는 영향을 고려하여 위상분산을 계산하였다. 난류세기 계산에 필요한 CTD자료와 ADCP자료는 묵호항 근처에 설치된 부표에서 획득하였으며 음파 전달경로는 Bellhop알고리즘을 이용한 음선 모델을 사용하였다. 결과적으로 난류세기인자는 주로 수온과 유속의 변화에 의해 결정되었으며 수신신호의 위상분산에 영향을 주었다. 이러한 위상분산은 소나 운용에 고려되어야 할 사항으로 여겨진다.
This paper investigates the noise radiated by a cascade of flat-plate airfoils interacting with homogeneous, isotropic turbulence. At frequencies above the critical frequency, all wavenumber components of turbulence excite propagating cascade modes, and cascade effects are shown to be relatively weak. In this frequency range, acoustic power was shown to be approximately proportional to the number of blades. Based on this finding at high frequencies, an approximate expression is derived for the power spectrum that is valid above the critical frequency and which is in excellent agreement with the exact expression for the broadband power spectrum. The approximate expression shows explicitly that the acoustic Power above the critical frequency is proportional to the blade number, independent of the solidity, and varies with frequency as ${\phi}_{ww}(\omega/W$), where ${\phi}_{ww}$ is the wavenumber spectrum of the turbulence velocity and W is mean-flow speed. The formulation is used to perform a parametric study on the effects on the power spectrum of the blade number stagger angle, gap-chord ratio and Mach number. The theory is also shown to provide a close fit to the measured spectrum of rotor-stator interaction when the mean square turbulence velocity and length-scale are chosen appropriately.
본 논문은 공간적으로 변화하지 않는 신호장 $S_\jmath(t)$의 합과 부가적이고 동차이고 공간적으로 등방성(x축 평면배열)이고, 분리할 수 있는 Covariance이며, Zero-mean Gaussion random 잡음장 n(t, x)를 처리하기 위해 n개의 동일 검파로 구성되는 검파 시스템을 고찰할 수 있도록 최적산란 대기공간 광통신용 배열 수신기와 공분산회로를 구성하여 최대 이득의 직접 광검파를 통계적으로 해석한 이론값과 실험을 통해 얻은 측정값과 비교 해석한다. 또한 측정값이 joint Gaussian 이론곡선과 일치함을 확인한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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