Oscillartory thermocapillary flow of high Prandtl number fluids in the half-zone configuration is investigated. Based on experimental observations, one oscillation cycle consists of an active period where the surface flow is strong and the hot corner region is extended and a slow period where the opposite occurs. It is found that during oscillations the deformation of free surface plays an important role and a surface deformation parameter S correlates the experimental data well on the onset of oscillations. A scaling analysis is performed to analyze the basic steady flow in the parametric ranges of previous ground-based experiments and shows that the flow is viscous dominant and is mainly driven in the hot corner. The predicted scaling laws agree well with the numerical results. It is postulated that the oscillations are caused by a time lag between the surface and return flows. A deformation parameter S represents the response time of the return flow to the surface flow.
The flow induced by the oscillatory motion of a solid body is important in a number of practical problems. As the solid boundary oscillates harmonically, there is steady streaming motion invoked by the Reynolds stresses, which could cause extensive migration of the fluid during a period of fluid motion. We here analyzed the flow in a square cavity with an oscillating top wall for the parameters which make the time derivatives and the convective terms equally important in the entire cavity flow. The full Navier-Stokes equations are solved by the second-order time accurate Momentum Coupling Method which is devised by the authors. The particular numerical scheme does not need subiteration at each time step which is usually a required process to calculate the incompressible Navier-Stokes equations. The effect of two parameters, the Reynolds number and the frequency parameter, on the oscillatory flow has been investigated.
Natural convection of low Prandtl number fluids with $Pr{\leq}0.2$ in a narrow horizontal annulus is numerically investigated. For $Pr{\leq}0.2$, hydrodynamic instability induces oscillatory multicellular flows consisting of multiple like-rotating cells. For a fluid with $Pr{\approx}0$, the region in which instability of conduction regime first forms is near the vertical section of annulus, and the multiple cells are distributed uniformly in the lower and upper regions of annulus. As Pr increases, however, the cells are shifted upwards. The like-rotating cells drift downward, as time goes on, and the speed of travel increases with increase of Pr. For a fluid with Pr=0.1, a flow with period-4 solution is observed between chaotic states.
For application to drag-based propulsion system, the dynamics of a segmented structure with multiple hinges undergoing oscillatory motion are investigated. The side flaps are connected to a centre rod with elastic plates acting as hinges. The hinges bend to only one direction so that the structure behave asymmetrically between the power stroke and the recovery stroke. An analytical model is proposed, which estimates the asymmetric deformation of the segmented structure coupled with hinges. Using the proposed model, the effects of key geometric and kinematic parameters on the dynamics of the structure are analyzed.
While a rotating inner cylinder executes a periodic translational motion in concentric annulus, the vibration of the rotating inner cylinder is induced by fluid-dynamic forces acting on the cylinder. In the previous study related to journal bearing, the unsteady viscous flow in the annulus and the fluid-dynamic forces were evaluated based on a numerical approach. Considering the dynamic-characteristics of unsteady viscous flow, an approximate analytical method has been developed for estimating added mass, viscous damping and fluid-stiffness coefficients. For the study of flow-induced vibrations and related instabilities, it is of interest to separate the coefficients from the fluid-dynamic forces. The added-mass and viscous damping coefficients for very narrow annular configurations, as journal bearing. can be approximated by considering the gap ratio to the radius of inner cylinder, while the fluid-stiffness coefficient is related to the Reynolds number, the oscillatory Reynolds number and the gap ratio.
This article addresses the influence of partial slip condition in the hydromagnetic flow of Burgers fluid in a rotating frame of reference.The flows are induced by oscillation of a boundary. Two problems for oscillatory flows are considered. Exact solutions to the resulting boundary value problems are constructed. Analysis has been carried out in the presence of magnetic field. Physical interpretation is made through the plots for various embedded parameters.
A theoretical analysis is performed to describe the qualitative behavior of transient buoyant flows in a vertical channel. Consideration is given to the case of a fluid with a pre-existing stratification. The fluid motion is generated by giving impulsive anti-symmetric step-changes in temperature at the vertical left ad right sidewalls. The qualitative character of the flow is shown to be classified in the Rayleigh number (Ra)-Prandtl number ($sigma$) diagram. The transitory approach to the steady state can be monotonic or oscillatory, depending on ($sigma$-1)$^2$$pi$$^4$ 4$sigma$$R_a$. The prominent characteristics of time-dependent flow are discussed for large $R_a$. The profiles of temperature and velocity in the transient phase are depicted, which disclose distinctive time scales of motion. The transient process is shown to be sensitive to the Prandtl number. The detailed evolutions of flow and temperature fields are illustrated for large $R_a$.
벽면운동(wall motion)과 임피던스 페이즈앵글(impedance phase angle; 압력파와 유랑파 기아의 위상차)을 고려하여 맥동유동하에 있는 복부대동맥 분기관모델에서 2차원 전산유체해석을 수행하였다. 해석결과 분기광 근처에서응 전단응력의 크기가 매우 급격한 변화를 보임을 관찰하였고 벽면운동은 전단응력의 진폭을 감소시키는 효과를 가져왔다. 임피던스 페이즈 앵글이 음의 값을 향해 갈수록 시간 평균된 벽면 전단응력(mean wall shear stress)의 값은 감소하였으나 진폭(amplitude of wall shear stress)은 오히려 증가하였다. 페이즈앵글의 영향은 평균 벽면전단응력이 영에 근접하는 외벽(outer wall or lateral wall)의 바같쪽으로 휘어지는 부분(curvature site)에서 상대적으로 크게 나타났는데 $-90^{\circ}$ 페이즈앵글(혈류파가 혈압파를 1/4주기 앞서는 경우)일 경우에 $0^{\circ}$의 경우에 비해 평균은 $50\%$정도 감소하였고 진폭은 $15\%$정도의 상승를 나타내었다. 그러므로 고혈압 환자와 같이 큰 음의 페이즈앵글을 갖는 경우, 벽면전단응력의 평균은 낮아지고 시간에 따라 변화량(진폭)은 증가하므로 low and oscillatory wall shear stress 이론에 의하면 동맥경화에 더 민감하게 된다. 비뉴턴유체로 모델링한 경우에는 뉴턴유체의 경우에 비해 벽면전단응력의 평균값이 증가하므로서 동맥경화에 덜 민감하게 된다.
A numerical analysis has been conducted to investigate and characterize the unsteadiness of flow structure and oscillatory vacuum pressure inside of a supersonic diffuser equipped to simulate the high-altitude rocket test on the ground. A physical model of concern includes a rocket motor, a vacuum chamber, and a diffuser, which have axisymmetric configurations, using nitrogen gas as a driving fluid. Emphasis is placed on investigating physical phenomena of very complex and oscillatory flow evolutions in the diffuser operating at very close to the starting condition, i.e. minimum starting condition, which is one of major important parameters in diffuser design points of view.
한국전산유체공학회 2003년도 The Fifth Asian Computational Fluid Dynamics Conference
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pp.294-298
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2003
The complex, unsteady, self-sustained pressure oscillations induced by supersonic flow past a rectangular cavity is investigated using numerical simulations. The present numerical study is performed using a parallel, multiblock solver for the two-dimensional, compressible NavierStokes equations. Open cavities with length-to-depth (L / D) ratio in the range 0.5 - 3.3 are considered. This paper sheds light on the cavity physics, cavity oscillatory mechanism, and the organisation of vortical structures inside the cavity. The vortex shedding phenomenon, the shear layer impingement event at the aft wall and the movement of the acoustic/compression wave within the cavity are well predicted. The vortical structures· and the source of the acoustic disturbances are found to be located near the aft wall of the cavity. With the increase in the cavity length, strong recompression of the flow near the aft wall leading to a sudden jump in the cavity form drag is observed. The estimated cavity tones are in good agreement with the available semiempirical relation. Multiple peaks are noticed in deep and long cavities. For the present freestream Mach number 1.71, it is observed that around L/D=2.0, the cavity oscillatory mechanism changes from the transverse to longitudinal oscillatory mode. The effects of this transition on various fluid dynamics and acoustic properties are also discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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