This paper presents a non-isotropic turbulence modeling of flows over bedforms. The Reynolds stress model is used for the turbulence closure. In the model, Launder, Reece, and Rodi's model and Hanjalic and Launder's model are employed f3r the pressure strain correlation term and the diffusion term, respectively. The mean flow and turbulence structures are simulated and compared with profiles measured in the experiments. The numerical solutions from two-equation turbulence models are also provided for comparisons. The Reynolds stress model yields the separation length of eddy similar to the other numerical results. Using the developed model, the resistance coefficients are also estimated for the flows at different Froude numbers. Karim's (1999) relationship is used to determine the bedform geometry. It is found that the values of the form drag and the skin friction are very similar to those obtained by the other turbulence models. meaning higher values of the form drag and lower values of the skin friction compared with the empirical formulas.
In this study, a computational analysis is conducted to investigate the effects of porous surfaces on the lift and drag forces of the flat plate. With the porous treatment, it is found that the strength of the Karman vortex as well as its influences over the trailing-edge surface are much weakened, resulting in significant reduction of the pressure fluctuations over the flat plate. The drag and lift coefficients are decreased by 85% and 18%, respectively, compared to the solid surface. The computed results also indicate that the size of the porous surface area does not have much influences but the back side of the flat plate has non-negligible effects on the interaction between the wall and the Karman vortex. As a result, the lift coefficient for the solid back side case is decreased only by 50.5% compared to the solid case and the drag coefficient is even increased by 65%.
A wind-tunnel experiment is carried out to examine the applicability of a new passive device, wake disrupter, to flow over a model vehicle for drag reduction. The wake disrupter is a small-size rectangular body attached to a part of the trailing edge of the model vehicle, designed to perturb an essentially two-dimensional nature of wake. A pair of wake disrupter is mounted on the mid-span at the upper and lower trailing edges. From a parametric study about the size of wake disrupter, it is found that the optimum disrupter increases the base pressure by about 20%. Large eddy simulation is also conducted to confirm the experimental result, and shows that the wake is indeed disrupted by the present device.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.11
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pp.1603-1609
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1998
Numerical solutions of Stokes flow through periodic arrays of cylinders were sought using Darcy's law and homogenization theory. Drag and lift forces of each cylinder were computed for various attack angles and pitch-to-diameter ratios. It was found that drag force decreased as principal pressure gradient direction deviated from array direction and that drag force increased exponentially as pitch-to-diameter ratio approached unity. Similar tendency was found in lift force except that lift force increased and then decreased in quadratic manner as attack angle varied.
Previous researchers have studied how to reduce a pumping power in order to save energy in the fluid transporting system. Especially, it has been studied a lot about reducing the pressure drop among parameters related to the energy saving for fluid transport. This study is to investigate the effect of a substantial drag reduction caused by the polymer(A611P, A601P) when the working fluids flow to the vertical and horizontal direction in the vertical cylindrical equipment of closed flow system. In this experiment, we mount a visualization equipment on the test section and take pictures. With using the PIV system, instrument and analyzing the movement of bubble for different polymer concentration are observed and some mechanism of the drag reduction effect is clarified.
A numerical analysis has been performed to give an understanding of the physics of a compressible base flow with mass bleed in a Mach 2.47 freestream. Axisymmetric, compressible mass-averaged Navier-Stokes equations are computed using a two-equation turbulence model, standard ${\kappa}-{\omega}$, and a fully implicit finite volume scheme. The mass bleed is characterized by the change in the mass flow rate of the bleed jet non-dimensionalized by the product of the base area and freestream mass flux. The result showing that there is an optimum bleed condition with maximum base pressure, leading to a minimum base drag, is clearly predicted and the validation with experimental data shows reasonable agreement.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.479-490
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2020
The hydrodynamic characteristic of transonic motion projectiles with different head diameters are investigated by numerical simulation. Compressibility effect in liquid-phase water are modeled using the Tait state equation. The result shows that with increasing of velocity the compression waves transfer to shock waves, which cause the significant increasing of pressure and decreasing the dimensions of supercavities. While the increasing of head diameter, the thickness, the vapor volume fraction and the drag coefficient of supercavities are all enhanced, which is conducive to the stability of transonic-speed projectiles. The cavity dynamics of the different head projectiles are compared, and the results shows when Mach number is in high region, the truncated cone head projectile is enveloped by a cavity which results in less drag and better stability.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.6
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pp.427-434
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2009
A new surface shape of an internal cooling passage which largely reduces the pressure drop and enhances the surface heat transfer is proposed in the present study. The surface shape of the cooling passage is consisted of the concave dimple and the riblet inside the dimple which is protruded along the stream-wise direction. Direct Numerical Simulation (DNS) for the fully developed turbulent flow and thermal fields in the cooling passage is conducted. The numerical simulations for five different surface shapes are conducted at the Reynolds number of 2800 based on the mean bulk velocity and channel height and Prandtl number of 0.71. The driving pressure gradient is adjusted to keep a constant mass flow rate in the x direction. The thermoaerodynamic performance for five different cases used in the present study was assessed in terms of the drag, Nusselt number, Fanning friction factor, volume and area goodness factor in the cooling passage. The value of maximum ratio of drag reduction is -22.86 %, and the value of maximum ratio of Nusselt number augmentation is 7.05% when the riblet angle is $60^{\circ}$. The remarkable point is that the ratio of Nusselt number augmentation has the positive value for the surface shapes which have over $45^{\circ}$ of the riblet angle. The maximum volume and area goodness factors are obtained when the riblet angle is $60^{\circ}$.
Kim, Gyeong-Cheon;Bu, Jeong-Suk;Lee, Sang-Uk;Gu, Myeong-Seop
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.5
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pp.1649-1660
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1996
The flow around a circular cylinder was controlled by an acoustic excitation issued from a thin slit along the cylinder axis. The static pressure distributions around the cylinder wall and flow characteristics in the near wake have been measured. Experiments were performed under three cases of Reynolds number, 7.8 * 10$\^$4/, 2.3 * 10$\^$5/ and 3.8 * 10$\^$5/. The effects of excitation frequency, sound pressure level and the location of the slit were examined. Data indicate that the excitation frequency and the slit location are the key parameters for controlling the separated flow. At Re$\_$d/, = 7.8 * 10$\^$4/, the drag is reduced and the lift is generated to upward direction, however, at Re$\_$d/, =2.3 * 10$\^$5/ and 3.8 * 10$\_$5/, the drag is increased and lift is generated to downward direction inversely. It is thought that the lift switching phenomenon is due to the different separation point of upper surface and lower surface on circular cylinder with respect to the flow regime which depends on the Reynolds number. Vortex shedding frequencies are different at upper side and lower side. Time-averaged velocity field shows that mean velocity vector and the points of maximum intensities are inclined to downward direction at Re$\_$d/ = 7.8 * 10$\^$4/, but are inclined to upward direction at Re$\_$d/ = 2.3 * 10$\^$5/.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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1999.10a
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pp.33-33
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1999
The Coanda effect is the tendency for a fluid jet to atach itself to an adjacent surface and follow its contour without causing an appreciable flow separation. The jet is pulled onto the surface by the low pressure region which develops as entrainment pumps fluid from the region between the jet and the surface. Then the jet is held to the wall surface by the resulting radial pressure gradient which balance the inertial resistance of the jet to turning. The jet may attach to the surface and may be deflected through more than 180 dog, when the radius of the Coanda surface is sufficiently large compared to the height of the exhaust nozzle. However, if the radius of curvature is small, the jet turns through a smaller angle, or may not attach to the surface at all. In general, the limitations in size and weight of a device will limit the radius of the deflection surface. Thus much effort has been paid to improve the jet deflection in a variety of engineering fields. The Coanda effect has long been applied to improve aerodynamic characteristics, such as the drag/lift ratio of flight body, the engine exhaust plume thrust vectoring, and the aerofoil/wing circulation control. During the energy crisis of the seventies, the Coanda jet was applied to reduce vehicle drag and led to drag reductions of as much as about 30% for a trailer configuration. Recently a variety of industrial applications are exploiting another characteristics of the Coanda jets, mainly the enhanced turbulence levels and entrainment compared with conventional jet flows. Various industrial burners and combustors are based upon this principle. If the curvature of the Coanda surface is too great or the operating pressure too high, the jet flow will break away completely from the surface. This could have catastrophic consequences for a burner or combustor. Detailed understanding of the Coanda jet flow is essential to refine the design to maximize the enhanced entrainment in these applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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