The two dimensional time dependent flow past a circular cylinder is analyzed numerically. In the analysis, equations of conservation of mass and momentum are transformed to equations of stream function-vorticity and vorticity transport, and nondimensionalized by nondimensional parameters representing flow characteristics, The resulting stream function-vorticity equstion and vorticity transport equation are solved by successive over relaxation scheme and alternating direct implicit scheme. Numerical experments are performed for the flow in the range of Reynolds number 125 to 275. The time dependent streamlines, vorticities, pressure on cylinder surface, separation angle, and drag and lift coefficients are calculated, and the method for estimation of pressure on cylinder surface and the outer boundary limit are developed.
The two dimensional time dependent flow past a circular cylinder is analyzed numerically. In the analysis, equations of conservation of mass and momentum are transformed to equations of stream function-vorticity and vorticity transport, and nondimensionalized by nondimensional parameters representing flow characteristics, The resulting stream function-vorticity equation and vorticity transport equation are solved by successive over relaxation scheme and alternating direct implicit scheme. Numerical experiments are performed for the flow in the range of Reynolds number 125 to 275. The time dependent streamlines, vorticities, pressure on cylinder surface, separation angle, and drag and lift coefficients are calculated, and the method for estimation of pressure on cylinder surface and the outer boundary limit are developed.
Despite of the laminar-turbulent transition region co-exist with fully turbulence region around the leading edge of an airfoil, still lots of researchers apply to fully turbulence models to predict aerodynamic characteristics. It is well known that fully turbulent model such as standard k-${\varepsilon}$ model couldn't predict the complex stall and the separation behavior on an airfoil accurately, it usually leads to over prediction of the aerodynamic characteristics such as lift and drag forces. So, we apply correlation based transition model to predict aerodynamic performance of the NREL (National Renewable Energy Laboratory) Phase IV wind turbine. And also, compare the computed results from transition model with experimental measurement and fully turbulence results. Results are presented for a range of wind speed, for a NREL Phase IV wind turbine rotor. Low speed shaft torque, power, root bending moment, aerodynamic coefficients of 2D airfoil and several flow field figures results included in this study. As a result, the low speed shaft torque predicted by transitional turbulence model is very good agree with the experimental measurement in whole operating conditions but fully turbulent model(k-${\varepsilon}$) over predict the shaft torque after 7m/s. Root bending moment is also good agreement between the prediction and experiments for most of the operating conditions, especially with the transition model.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.1
s.232
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pp.139-150
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2005
The present study has numerically investigated two-dimensional laminar flow over a circular cylinder with a uniform planar shear, where the free-stream velocity varies linearly across the cylinder. Numerical simulations using the immersed boundary method are performed for the ranges of $50{\le}Re{\le}160,\;K{\le}0.2$, and B=0.1 and 0.05 where Re, K and B are the Reynolds number, the non-dimensionalized velocity gradient and the blockage ratio, respectively. Results show that the flow depends significantly on B as well as Re and K. It is found, especially, that the blockage effect accounts for some causes of apparent discrepancies among previous studies on the flow. With increasing K, the vortex shedding frequency and the mean drag stay nearly constant or slightly decrease whereas the mean lift, acting from the higher-velocity side to the lower, increases linearly. Flow statistics as well as instantaneous flow fields are presented to identify the characteristics of the flow and then to understand the underlying mechanism.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.7
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pp.1-8
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2005
For study on the unsteady wall interference effect, flows around a circular cylinder in closed test-section wind tunnels have been numerically investigated by solving compressible Navier-Stokes equations. The numerical scheme is based on a node-based finite-volume method with the Roe's flux-difference splitting and an implicit time-integration method coupled with dual time-step sub-iteration. The computed results showed that the unsteady pressure gradient over the cylinder is enhanced by the wall interference, and as a result the fluctuations of lift and drag are augmented. The drag is further increased because of the lower base pressure. The vortex shedding frequency is also increased by the wall interference. The pressure on the test section wall shows the harmonics having the shedding frequency contained in the wall effect.
Tall buildings are often subjected to steady and unsteady forces due to external wind flows. Measurement and mitigation of these forces becomes critical to structural design in engineering applications. Over the last few decades, many approaches such as modification of the external geometry of structures have been investigated to mitigate wind-induced load. One such proven geometric modification involved the rounding of sharp corners. In this work, we systematically analyze the impact of rounded corner radii on the reducing the flow-induced loading on a square cylinder. We perform 3-Dimensional (3D) simulations for high Reynolds number flows (Re=1 × 105) which are more likely to be encountered in practical applications. An Improved Delayed Detached Eddy Simulation (IDDES) method capable of capturing flow accurately at large Reynolds numbers is employed in this study. The IDDES formulation uses a k-ω Shear Stress Transport (SST) model for near-wall modelling that prevents mesh-induced separation of the boundary layer. The effects of these corner modifications are analyzed in terms of the resulting variations in the mean and fluctuating components of the aerodynamic forces compared to a square cylinder with no geometric changes. Plots of the angular distribution of the mean and fluctuating coefficient of pressure along the square cylinder's surface illustrate the effects of corner modifications on the different parts of the cylinder. The windward corner's separation angle was observed to decrease with an increase in radius, resulting in a narrower and longer recirculation region. Furthermore, with an increase in radius, a reduction in the fluctuating lift, mean drag, and fluctuating drag coefficients has been observed.
In the present study, the effects of contaminant accumulation and surface roughness on the aerodynamic performance of wind turbine blade sections were numerically investigated by using a flow solver based on unstructured meshes. The turbulent flow over the rough surface was modeled by a modified ${\kappa}-{\omega}$ SST turbulence model. The calculations were made for the NREL S809 airfoil with varying contaminant sizes and positions at several angles of attack. It was found that as the contaminant size increases, the degradation of the airfoil performance becomes more significant, and this trend is further amplified near the stall condition. When the contaminant is located at the upper surface near the leading edge, the loss in the aerodynamic performance of the blade section becomes more critical. It was also found that the surface roughness leads to a significant reduction of lift, in addition to increased drag.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.8
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pp.42-49
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2005
A new blockage correction method has been developed for the wall interference correction of closed test-section subsonic wind tunnels based on the nonlinear relationship between separation blockage and separation drag. This method can be applied continuously from the linear lift-slope region to the highly nonlinear post-stall region by on-line processing. The present method was validated by comparing the results with a classical method based on the test results of a bluff body and a measured-boundary-condition method. It was shown that the present method is in good agreement with the measured-boundary-condition method, enabling better wall corrections than the bluff body method in both near-stall and post-stall regions.
Park, Ji-Yong;Jeong, Jin-Hee;Hwang, Tea-Wook;Lee, Sol-Ah;Kim, Kyung-Sung
Journal of Multimedia Information System
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v.7
no.4
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pp.269-276
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2020
The small craft including jet-board for leisure are commonly smaller than the general commercial vessels. For the floating vessel, the motion analysis is significantly important component to design the shape. It is, however, hardly predicting its behavior by using conventional boundary element method due to violating small amplitude assumption for potential theory. The computational fluid dynamics method can afford to simulate such small craft, but its grid system was not able to calculate motion, because movable body disturbs the grid system by confliction. The dynamics fluid body interaction model with over-set mesh system can be dealt with movable floating body under irregular ocean wave. In this study, several cases were considered to reveal that DFBI is essential method to predict floating body motion. The single phase simulate was conducted to establish the shape perfection, and then the validated vessel was simulated with ocean waves weather DFBI option on or off. Through the comparison, the results between the cases of DFBI on and off shows significantly difference. It was claimed that the DFBI was necessary not only to calculation body motion, but also to predict accurate drag and lift force on the floating body for small size craft.
The paper presents the surface-modified NACA 2412 airfoil performance with variable cavity characteristics such as size, shape and orientation, by numerically investigated with the pre-validation study. The study attempts to improve the airfoil aerodynamic performance at 30 m/s with a variable angle of attack (AOA) ranging from 0° to 20° under Reynolds number (Re) 4.4×105. Through passive surface control techniques, a boundary layer control strategy has been enhanced to improve flow performance. An intense background survey has been carried out over the modifier orientation, shape, and numbers to differentiate the sub-critical and post-critical flow regimes. The wall-bounded flows along with its governing equations are investigated using Reynolds Average Navier Strokes (RANS) solver coupled with one-equational transport Spalart Allmaras model. It was observed that the aerodynamic efficiency of cavity airfoil had been improved by enhancing maximum lift to drag ratio ((l/d) max) with delayed flow separation by keeping the flow attached beyond 0.25C even at a higher angle of attack. Detailed investigation on the cavity distribution pattern reveals that cavity depth and width are essential in degrading the early flow separation characteristics. In this study, overall general performance comparison, all the cavity airfoil models have delayed stalling compared to the original airfoil.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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