• 대한기계학회논문집B
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• 제31권3호
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• pp.273-282
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• 2007

Numerical calculations are carried out for the natural convection induced by temperature difference between a cold outer square cylinder and a hot inner circular cylinder. A two-dimensional solution for unsteady natural convection is obtained, using the immersed boundary method (IBM) to model an inner circular cylinder based on finite volume method, for different Rayleigh numbers varying over the range of $10^4\;to\;10^6$. The study goes further to investigate the effect of an inner cylinder location on the heat transfer and fluid flow. The location of inner circular cylinder is changed vertically along the center-line of square enclosure. The number, size and formation of cell strongly depend on Rayleigh number and the position of inner circular cylinder. The changes in heat transfer quantities have been presented.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회B
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• pp.2744-2749
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• 2008

Numerical calculations are carried out for the natural convection induced by temperature difference between a cold outer square cylinder and a hot inner circular cylinder for Rayleigh number of $Ra=10^7$. This study investigates the effect of the inner cylinder location on the heat transfer and fluid flow. The location of inner circular cylinder ($\delta$) is changed vertically along the center-line of square enclosure. The natural convection bifurcates from unsteady to steady state according to $\delta$. Two critical positions of ${\delta}_{C,L}$ and ${\delta}_{C,U}$ as a lower bound and an upper bound are ${\delta}_{C,L}=0.05$ and ${\delta}_{C,U}=0.18$, respectively. Within the defined bounds, the thermal and flow fields are steady state. When the inner cylinder locates at ${\delta}{\geq}{\delta}_{C,U}$, the space between the upper surface of inner cylinder and the top surface of the enclosure forms a relatively shallow layer where the natural convection characterized as the pure Rayleigh-Benard convection forms alternately the upwelling and downwelling plums, as a result that a series of cells known as Benard cells is derived.

• Wind and Structures
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• 제19권4호
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• pp.389-404
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• 2014

The flow characteristics of a circular cylinder surrounded by an outer permeable cylinder were experimentally investigated using Particle Image Velocimetry Technique in deep water flow. In order to consider the effects of diameter and porosity of the outer cylinder on flow structures of the inner cylinder, five different outer cylinder diameters (D=37.5, 52.5, 60, 75 and 90 mm) and eight different porosities (${\beta}$=0.4, 0.5, 0.6, 0.65, 0.7, 0.75, 0.8 and 0.85) were selected. During the experiments, the diameter of inner cylinder was kept constant as d=30 mm. The depth-averaged free-stream velocity was adjusted as U=0.156 m/s, which corresponds to the Reynolds number of Re=5000 based on the inner cylinder diameter. It has been concluded that both the outer permeable cylinder diameter and the porosity have important influences on the attenuation of vortex shedding in the wake region. The presence of outer permeable cylinder decreases the magnitude of Reynolds shear stress and turbulent kinetic energy compared to the bare cylinder case. Moreover, the spectral analysis of vortex shedding frequency has revealed that the dominant frequency of vortex shedding downstream of the cylinder arrangement also reduces substantially due to the weakened Karman shear layer instability.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권11호
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• pp.943-950
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• 2014

본 연구는 다양한 위치의 원형 실린더가 존재하는 사각 밀폐계에서 Prandtl 수 변화에 따른 밀폐계 내부의 자연대류 현상에 대한 수치해석을 수행하였다. Rayleigh 수가 $10^3$, $10^4$, $10^5$ 그리고 다양한 위치의 내부 원형 실린더에 대해서 Prandtl 수를 0.1, 0.7, 7 로 변화시키며 Prandtl 수의 영향을 분석하였다. 내부 원형 실린더의 위치는 -0.2 에서 0.2 까지 0.1 간격으로 변화시켰다. Prandtl 수의 변화에 따른 밀폐계 내부의 자연대류 현상은 밀폐계 내부의 온도장과 유동장 및 표면 평균 Nusselt 수의 분포를 바탕으로 분석하였다. Rayleigh 수가 $10^5$ 일 때 내부 실린더의 위치에 상관없이 Prandtl 수가 증가할수록 평균 Nusselt 수는 증가하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권11호
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• pp.717-726
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• 2016

본 연구는 밀폐계 내부에 고온의 원형 실린더가 존재할 때, 밀폐계의 종횡비 변화에 따른 밀폐계 내부의 3차원 자연대류 현상에 대해 수치해석을 수행하였다. 밀폐계 내부의 원형 실린더는 유한체적법(FVM)에 기초한 가상 경계법(IBM)을 사용하여 구현하였다. 본 연구에서 고려한 Rayleigh 수의 범위는 $10^5{\leq}Ra{\leq}10^6$이며, Prandtl 수는 0.7이다. 밀폐계의 폭을 변화하여 밀폐계의 종횡비를 증가시켰으며, 밀폐계의 종횡비는 $1{\leq}W/L{\leq}4$ 범위에서 1 간격으로 고려하였다. 본 연구에서 고려한 모든 Rayleigh 수와 밀폐계의 종횡비 범위에서 열유동장은 x=0 단면을 기준으로 좌우 대칭을 이루며 정상상태에 도달하였다. 또한 밀폐계의 종횡비가 증가할수록 원형 실린더의 표면 평균 Nusselt수는 증가하는 반면, 밀폐계 벽면의 표면 평균 Nusselt수는 감소하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권11호
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• pp.991-998
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• 2013

본 연구에서는 $6Ra=10^6$ 일 때, 사각 밀폐계 내부에 고온의 원형 실린더가 존재하는 자연대류에 대한 수치해석을 수행하였다. 밀폐계는 상부 벽면을 통해 냉각되고 양측 벽면과 고온의 국소 영역을 제외한 하부 벽면은 단열 조건이다. 하부 벽면에서 고온 영역이 차지하는 비를 w 로 정의 하였다. 반경이 밀폐계 한 변의 길이의 0.2 배인 원형 실린더를 구현하기 위해 유한체적법(FVM)에 기초한 가상 경계법(IBM)을 사용하였다. 본 연구에서는 w 가 고온의 원형 실린더를 갖는 밀폐계 내부의 자연대류에 미치는 영향을 $10^6$의 Rayleigh 수에 대해 2 차원 해를 구하였다. $10^6$의 Rayleigh 수에서는 유동장과 온도장은 시간에 따라 변하는 특성을 보였다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2001년도 춘계학술대회논문집E
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• pp.570-575
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• 2001

An experimental study is performed to investigate the characteristics of vortex shedding behind a circular cylinder with serrated fins using hot-wire anemometer. Strouhal numbers which are calculated using outer diameter of a circular cylinder with serrated fins are higher than that of a circular cylinder. Fin thickness and pitch are closely related with vortex shedding frequency and play increasing or decreasing vortex shedding after transient Reynolds numbers. Strouhal numbers using effective diameters which are proposed in this paper agree with that of a circular cylinder. After transient Reynolds number, a trend of Strouhal number can be estimated by checking the ratio of effective diameter to inner diameter.

• 대한기계학회논문집B
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• 제25권8호
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• pp.1077-1086
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• 2001

An experimental study is performed to investigate the characteristics of vortex shedding behind a circular cylinder with serrated fins using hot-wire anemometer. Strouhal numbers which are calculated using outer diameter of a circular cylinder with serrated fins are higher than that of a circular cylinder. Fin thickness and pitch are closely related with vortex shedding frequency and play increasing or decreasing vortex shedding after transient Reynolds number. Strouhal numbers using effective diameters which are proposed in this paper agree with that of a circular cylinder. After transient Reynolds number, a trend of Strouhal number can be estimated by checking the ratio of effective diameter to inner diameter.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권12호
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• pp.975-982
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• 2014

본 연구는 정육면체 밀폐계 내부에 존재하는 고온의 원형 실린더의 크기 변화에 따른 밀폐계 내부의 3 차원 자연대류 현상에 대한 수치해석을 수행하였다. 본 연구에서 고려한 Rayleigh 수는 $10^3$부터 $10^5$까지며 Prandtl 수는 0.7 이다. 내부 원형 실린더의 반경은 0.1L 부터 0.4L 범위에서 0.1L 간격으로 변경하였다. 본 연구에서 고려한 모든 Rayleigh 수와 실린더 반경의 범위에서 열유동장은 정상 상태의 특성을 보였다. 내부 원형 실린더의 크기가 증가하여 실린더 표면과 밀폐계 벽면이 가까워 질수록 실린더 표면과 밀폐계 벽면의 평균 Nusselt 수는 증가하였다. 내부 원형 실린더의 크기 변화에 따른 정육면체 밀폐계 내부의 자연대류 현상은 온도장, 유동장 및 표면 평균 Nusselt 수의 분포를 바탕으로 분석하였다.

• 설비공학논문집
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• 제30권2호
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• pp.58-67
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• 2018

This study investigated the effect of variation in the angle of the elliptic cylinder as well as the presence of circular cylinder on natural convection inside a square enclosure. The Rayleigh number was varied between $10^3$ and $10^6$, and the Prandtl number was fixed to 0.7. In the present study, the angle of the elliptic cylinder was changed from $0^{\circ}$ to $90^{\circ}$, and the perimeter of the elliptic cylinder was same as that of the circular cylinder. The immersed boundary method was used to capture the virtual wall boundary of the inner cylinder. With the increasing angle of the elliptic cylinder, the surface-averaged Nusselt numbers on the cylinder and the enclosure increased. In the Rayleigh number range considered in the present study, the surface-averaged Nusselt number on the elliptic cylinder over = $45^{\circ}$ was higher than that of the circular cylinder. The effect of elliptic cylinder's angle on natural convection in the enclosure was analyzed according to the flow and thermal fields, and the distributions of the Nusselt number.