Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.6
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pp.672-681
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2004
Direct numerical simulation was carried out to study the vortical structures of the flow around a wall-mounted cube in a channel at Re=1,000 and Re=3,500 based on cubic height and bulk mean velocity. The cubic obstacle is situated in the entrance region of the channel flow where the boundary layers are developing. Upstream of the obstacle, steady and unsteady laminar horseshoe vortex systems are observed at Re=1,000 and Re=3,500, respectively; the near-wake flow is turbulent in both cases. The flow separates at each leading sharp edge of the cube, and subsequent vortex roll-up is noticed in the corresponding free-shear layer. The vortex shedding from the upper leading edge (upper vortices) and that from the two lateral leading edges (lateral vortices) are both quasi-periodic and their frequencies are computed. The upper and lateral vortices further develop into hairpin and Λ vortices, respectively. A series of instantaneous contours of the second invariant of velocity gradient tensor helps us identify spatial and temporal behaviors of the vortices in detail. The results indicate that the length and time scales of the vortical structures at Re=3,500 are much shorter than those at Re:1,000. Correlations between the upper and lateral vortices are also reported.
This paper presents results of calculations performed according to our own semi-empirical mathematical model of critical vortex excitation. All calculations are carried out using own computer program, which allows the simulation of both the across-wind action caused by vortices and the lateral response of analysed structures. Vortex excitation simulations were performed in real time taking into account wind-structure interaction. Several structures of circular cross-sections were modelled using a FEM program and calculated under the action of critical vortex excitation. Six steel chimneys, six concrete chimneys and two concrete towers were considered. The method of selection and estimation of the experimental parameters describing the model are also presented. Finally, the results concerning maximum lateral top displacements of the structures are compared with available full-scale data for steel and concrete chimneys.
This paper presents theoretical background for a semi-empirical, mathematical model of critical vortex excitation of slender structures of compact cross-sections. The model can be applied to slender tower-like structures (chimneys, towers), and to slender elements of structures (masts, pylons, cables). Many empirical formulas describing across-wind load at vortex excitation depending on several flow parameters, Reynolds number range, structure geometry and lock-in phenomenon can be found in literature. The aim of this paper is to demonstrate mathematical background of the vortex excitation model for a theoretical case of the structure section. Extrapolation of the mathematical model for the application to real structures is also presented. Considerations are devoted to various cases of wind flow (steady and unsteady), ranges of Reynolds number and lateral vibrations of structures or their absence. Numerical implementation of the model with application to real structures is also proposed.
The paper is concerned with the numerical study of the cross-wind response of the 295 m-tall six-flue industrial chimney, located in the power station of Belchatow, Poland. The response of the chimney due to turbulent wind flow is caused by the lateral turbulence component and vortex excitation with taking into account motion-induced wind forces. The cross-wind response has been estimated by means of the random vibration approach. Three power spectral density functions suggested by Kaimal, Tieleman and Solari for the evaluation of the lateral turbulence component response are taken into account. The vortex excitation response has been calculated by means of the Vickery and Basu's model including some complements. Motion-induced wind forces acting on a vibrating chimney have been modeled as a nonlinear aerodynamic damping force. The influence of three components mentioned above on the total cross-wind response of the chimney has been investigated. Moreover, the influence of damping ratios, evaluated by Multi-mode Random Decrement Technique, and number of mode shapes of the chimney have been examined. Computer programmes have been developed to obtain responses of the chimney. The numerical results and their comparison are presented.
Yang Choongmo;Baek Jehyun;Saito Shigeru;Aoyama Takashi
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2003.10a
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pp.172-174
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2003
Nnumerical investigations of the tip vortical characteristics were conducted with lateral tip blowing to reduce Blade-Vortex Interaction (BVI) noise. The predictions of BVI noise were performed using a combined method of an unsteady Euler code with an aeroacoustic code based on Ffowcs- Williams and Hawkings formulation. A moving overlapped grid system with three types of grids (blade grid, inner and outer background grid) was used to simulate BVI of helicopter with two OLS-airfoil blades in forward/ descending flight condition. The calculated waveform of BVI noise, which is characterized by the distinct peaks caused during blade vortex interaction, clearly shows the effect of lateral blowing at tip to reduce BVI noise
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.7
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pp.933-943
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2001
Using a semi-circled blunt body model, the geometrical effects of injection hole on the turbine blade leading edge film cooling are investigated. The film cooling characteristics of two shaped holes (laterally- and streamwise-diffused holes) and three cylindrical holes with different lateral injection angles, 30°, 45°, 60°, respectively, are compared with those of cylindrical hole with no lateral injection angle experimentally and numerically. Kidney vortices, which decrease the adiabatic film cooling effectiveness, appear on downstream of the cylindrical hole with no lateral injection angle. At downstream of the two shaped holes have better film cooling characteristics than the cylindrical one. Instead of kidney vortices, single vortex appears on downstream of injection holes with lateral injection angle. The adiabatic film cooling effectiveness is symmetrically distributed along the lateral direction downstream of the cylindrical hole with no lateral injection angle. But, at downstream of the cylindrical holes with lateral injection angle, the distribution of adiabatic film cooling effectiveness in the lateral direction shows asymmetric nature and high adiabatic film cooling effectiveness regions are more widely distributed than those of the cylindrical hole with no lateral injection angle. As the blowing ratio increases, also, the effects of hole shapes and injection angles increase.
The inductive coupling theory in serially stacked $Bi_2$$Sr_2$$CaCu_2$$O_{8+x}$ intrinsic Josephson junctions predicts that the lattice structure of the Josephson vortices along the c axis gradually changes from the triangular to the rectangular lattice with increasing the vortex velocity. This lattice transition appears as voltage jumps or sub-branch splitting in the Josephson vortex-flow region of current-voltage characteristics (IVC). We report the IVC in external magnetic fields from 2 to 4 T. The stack, with the lateral size of 1.4${\times}$15 $u\m^2$, was fabricated by using the double-side cleaving technique. The sub-branches in the Josephson vortex-flow region, corresponding to a plasma propagation mode in serially coupled intrinsic Josephson junctions, were also observed in the range of 2∼4T. Switching from one branch to another in Josephson vortex-flow region suggests the structural transition of the moving Josephson vortex lattice.
A parametric study on anti-vortex holes for turbine blade cooling was investigated numerically. Three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations and shear stress transport turbulence model were used for analysis of anti-vortex film cooling. Validation of numerical results was carried out comparing with experimental data. The cooling performance of anti-vortex holes was assessed by two geometric variables, the ratio of diameters of holes and the lateral distances between the primary hole and anti-vortex hole at blowing ratios of 0.5 and 1.0. The results showed that the spatially-averaged film-cooling effectiveness increases as the ratio of the diameters increases and the distance between the primary hole and anti-vortex hole decreases.
Control of horseshoe vortex in the circular cylinder-plate juncture using vortex generator (VG) was studied at $Re_D$(where D is the diameter of the cylinder) = $2.05{\times}10^5$. Impact of a number of parameters e.g., the shape of the VG's, number of VG pairs (n), spacing between the VG and the cylinder leading edge (L), lateral gap between the trailing edges of a VG pair (g), streamwise gap between two VG pairs ($S_{VG}$) and the spacing between the two VG's in parallel arrangement ($Z_{VG}$) etc. were investigated on the horseshoe vortex control. The study is conducted using surface oil flow visualization and surface pressure measurements in low speed wind tunnel. It is observed that all the parameters studied have significant control effect, either by reduction in separation region or by lowering the adverse pressure along the symmetric axis upstream of the juncture.
We report the oscillation of the Josephson vortex-flow resistance in the rectangular stacks of $Bi_{2}Sr_{2}CaCu_{2}O_{8+x}$(Bi-2212) intrinsic Josephson junctions (IJJs). Apiece of Bi-2212 single crystal containing a few tens of IJJs was sandwiched between two gold electrodes and fabricated into a rectangular shape with the typical lateral size of about $1.5{\times}10\;{\mu}m^2$, using e-beam lithography and focused ion-beam etching techniques. In a tesla-range magnetic field applied in parallel with the junction planes, the oscillation of the Josephson vortex flow resistance was observed at temperatures near 60 K. The oscillation results from the interplay between the triangular Josephson vortex lattice and the potential barrier at the boundary of a single crystal. The oscillatory magnetoresistance for different bias currents, external magnetic fields, and the tilt-angles provides useful information on the dynamics of the coupled Josephson-vortex lattice system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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