Simultaneous 3-D LDV measurements of the in-cylinder flows of three different engine setups were summarized for the quantification of the flow characteristics in each vertical or horizontal plane, and in entire cylinder volume. The ensemble averaged-velocity, tumble and swirl motions, and turbulent kinetic energy during the intake and compression strokes were examined from the measured velocity data (approximately 2,000 points for each engine setup). The better spatial resolution of the 3-D LDV allows measurements of the instantaneous flow structures, yielding more valuable information about the smaller flow structures and the cycle-to-cycle variation of these flow patterns. Tumble and swirl ratios, and turbulent kinetic energy were quantified as planar and volumetric quantities. The measurements and calculation results were animated for the visualization of the flow, and hence ease to analysis.
Mixed convection in a horizontal annulus is considered, and the effect of a forced flow on the natural convective flow is investigated. The inner cylinder is hotter than the outer cylinder, and the outer cylinder is rotating with constant angular velocity with its axis at the center of the annulus. The unsteady streamfunction-vorticity equation is solved with a finite difference method. For the fluid with Pr=0.7, there appear flows with two eddies, one eddy, or no eddy according the Rayleigh and Reynolds numbers. The rotation of the outer cylinder reduces the heat transfer rate at the wall of the annulus. The oscillatory multicellular flow of a low Prandtl number fluid with Pr=0.01 can be effectively suppressed by the forced flow.
Understanding particle-laden flow around cylindrical bodies is essential for the better design of various applications such as filters. In this study, laminar flows around two tandem cylinders and the motions of particles in the flow are numerically investigated at low Reynolds numbers. We aim to reveal the effects of the spacing between cylinders, Reynolds number and particle Stokes number on the characteristics of particle trajectories. When the cylinders are placed close, the unsteady flow inside the inter-cylinder gap at Re = 100 shows a considerable modification. However, the steady recirculation flow in the wake at Re = 10 and 40 shows an insignificant change. The change in the flow structure leads to the variation of particle dispersion pattern, particularly of small Stokes number particles. However, the dispersion of particles with a large Stokes number is hardly affected by the flow structure. As a result, few particles are observed in the cylinder gap regardless of the cylinder spacing and the Reynolds number. The deposition efficiency of the upstream cylinder shows no difference from that of a single cylinder, increasing as the Stokes number increases. However, the deposition on the downstream cylinder is found only at Re = 100 with large spacing. At this time, the deposition efficiency is generally small compared to that of an upstream cylinder, and the deposition location is also changed with no deposited particles near the stagnation point.
A computational investigation of the effect of the electromagnetic force(or Lorentz force) on the flow behavior around a circular cylinder, a typical model of bluff bodies, is conducted. Two-dimensional unsteady flow computation for $Re=10^2$ is carried out using a numerical method of finite difference approximation in a curvilinear body-fitted coordinate system by solving the momentum equations including the Lorentz force as a body force. The effect of the spatial variations of the Lorentz forcing region and forcing direction along the cylinder circumference is investigated. The numerical results show that the Lorentz force can effectively suppress the flow separation and oscillation of the lift force of the circular cylinder cross-flow, leading to the reduction of the drag.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.7
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pp.495-505
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2009
A two-dimensional circular cylinder freely falling in a channel has been simulated by using immersed boundary - lattice Boltzmann method (IB-LBM) in order to analyze the characteristics of motion originated by the interaction between the fluid flow and the cylinder. The wide range of the solid/fluid density ratio has been considered to identify the effect of the solid/fluid density ratio on the motion characteristics such as the falling time, the transverse force and the trajectory in the streamwise and transverse directions. In addition, the effect of the gap between the cylinder and the wall on the motion of a two-dimensional freely falling circular cylinder has been revealed by taking into account a various range of the gap size. As the cylinder is close to the wall at the initial dropping position, vortex shedding in the wake occurs early since the shear flow formed in the spacing between the cylinder and the wall drives flow instabilities from the initial stage of freely falling. In order to consider the characteristics of transverse motion of the cylinder in the initial stage of freely falling, quantitative information about the cylinder motion variables such as the transverse force, trajectory and settling time has been investigate.
Pasqualetto, Elena;Lunghi, Gianmarco;Rocchio, Benedetto;Mariotti, Alessandro;Salvetti, Maria Vittoria
Wind and Structures
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v.34
no.1
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pp.101-113
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2022
We experimentally investigate the high-Reynolds flow around a rectangular cylinder of aspect ratio 5:1. This configuration is the object of the international BARC benchmark. Wind tunnel tests have been carried out for the flow at zero angle of attack and a Reynolds number, based on the crossflow cylinder length and on the freestream velocity, equal, to 40 000. Velocity measurements are obtained by using hot-wire anemometry along 50 different cross-flow traverses on the cylinder side and in the near wake. Differential pressure measurements are acquired on multiple streamwise sections of the model. The obtained measurements are in a good agreement with the state-of-the-art experiments. For the first time among the several contributions to the BARC benchmark, detailed flow measurements are acquired in the region near the cylinder side and in the near-wake flow. The edges and the thickness of the shear layers detaching from the upstream edges are derived from velocity measurements. Furthermore, we compute the flow frequencies characterizing the roll-up of the shear layers, the evolution of vortical structures near the cylinder side and the vortex shedding in the wake.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.10
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pp.895-900
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2013
A two-dimensional Stokes flow past a circular cylinder in a channel is analyzed. The circular cylinder is located at the center of the channel, and a plane Poiseuille flow exists upstream and downstream far from the circular cylinder. The Stokes approximation is used, and the flow is investigated analytically by using the eigenfunction expansion and the least square methods. From the analysis, the stream function and pressure distribution are obtained, and the pressure and shear stress distributions on the circular cylinder and channel wall are calculated. The additional pressure drop induced by the circular cylinder and the force exerted on it are calculated as functions of the length of the radius of the circular cylinder. For a typical length of the radius of the circular cylinder, the streamline pattern and pressure distribution are shown.
Flow characteristics of the cylinder wake controlled with a small control cylinder were experimentally investigated by the PN (Particle Image Velocimetry) technique. Flow visualization of the flow around a circular cylinder was conducted in the Circulating Water Channel. The control cylinder having diameter of d=5mm, 10mm and 20mm was installed behind a circular cylinder of D=50mm. And the Reynolds number were $Re=4.9{\times}10^3,\;Re=9.9{times}10^3$ and $Re=1.9{\times}10^4$. In this study, the frequency characteristics of the controlled wake were analyzed by using spectral analysis of the measured wake velocity signals. As a result, the controlled wake had smaller vortex shedding frequency than that of circular cylinder wake by the effect of the control cylinder. Governing parameters of the flow control were d/D, and Reynolds number and they largely influenced the frequency characteristics of the cylinder wake. And vortex shedding frequency appeared most lowly at d=0.2D
In the present study, two-dimensional numerical investigation of flow past a square cylinder beneath the free surface has been performed to identify the effects of presence of the free surface. An immersed boundary method was adopted for implementation of the cylinder cross-section in a Cartesian grid system. Also, a level-set method was used to capture the interface of two fluids. To prevent transition to three-dimensional flow, Reynolds number chosen for this simulation was 150. The cases for Froude number 0.2 and gap ratio(h/D) between 0.25 and 5.00 were examined. At the specific Reynolds number, we study the effects of gap ratio on flow characteristics around a square cylinder by computing flow fields, force coefficients and Strouhal number.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.4
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pp.551-561
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1997
Mixed convection of air in a horizontal concentric cylindrical annulus is investigated numerically. Isothermal boundary conditions are prescribed at the inner and outer cylinders, with the inner cylinder being warmer. The forced flow is induced by the outer cylinder which is rotating slowly with constant angular velocity with its axis at the center of the annulus. The effect of the forced flow on the flow pattern and heat transfer of natural convection is investigated for the annulus of (inner-cylinder radius/gap width) = 1. There appear two eddies, one eddy or no eddy according to the Rayleigh and Reynolds numbers. Map of the three flow regimes is constructed on the Ra-Re plane. (author). 28 refs., 9 figs., 2 tabs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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