Tornadoes are the most devastating meteorological natural hazards. Many empirical and theoretical numerical models of tornado vortex have been proposed, because it is difficult to carry out direct measurements of tornado velocity components. However, most of existing numerical models fail to explain the physical structure of tornado vortices. The present paper proposes a new empirical numerical model for a tornado vortex, and its load effects on a low-rise and a tall building are calculated and compared with those for existing numerical models. The velocity components of the proposed model show clear variations with radius and height, showing good agreement with the results of field measurements, wind tunnel experiments and computational fluid dynamics. Normal stresses in the columns of a low-rise building obtained from the proposed model show intermediate values when compared with those obtained from existing numerical models. Local forces on a tall building show clear variation with height and the largest local forces show similar values to most existing numerical models. Local forces increase with increasing turbulence intensity and are found to depend mainly on reference velocity Uref and moving velocity Umov. However, they collapse to one curve for the same normalized velocity Uref / Umov. The effects of reference radius and reference height are found to be small. Resultant fluctuating force of generalized forces obtained from the modified Rankine model is considered to be larger than those obtained from the proposed model. Fluctuating force increases as the integral length scale increases for the modified Rankine model, while they remain almost constant regardless of the integral length scale for the proposed model.
In previous studies, Convex cyclone are proposed to reduce pressure loss which are design cyclone wall with a single continuous curve. Studies about a prediction model for pressure loss and cut-size has focused on conventional cylinder-on-con cyclone. Therefore, the models do not perform well for uncommon design. In this study, a predict model for pressure loss and cut-size depend on cyclone wall curvature are developed. The tangential velocity below vortex-finder is obtained with consideration about friction area and momentum loss on the cyclone wall, and with this the variation of vortex-core and core velocity is obtained. Pressure loss is predicted using a Rankine vortex hypothesis. The prediction results are well agreed with experiments and CFD results.
In this paper the developed prediction technique of wave-making resistance performance for a ship attached with a vertical blade had been verified. Numerical analysis program as a prediction technique had been developed using the Rankine source panel method and the vortex lattice method(VLM). The nonlinearity of the free surface conditions was fully taken into account using the iterative method and the trim and the sinkage of the ship were also considered in the numerical analysis program. Panel cutting method was applied to get hull surface panels. Numerical computations were carried out for a 4000TEU container carrier and the vertical blade was attached 6 different locations astern. To investigate the validity of the numerical analysis program the commercial viscous flow field analysis program FLUENT was used to obtain the viscous flow field around the ship and the model test was performed. The model test results were compared with the numerical analysis results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.5
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pp.661-669
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1999
The evolutionary structure of a tip vortex in the initial period have been investigated by the two-dimensional LDV system. Circumferential and axial components of mean velocities, their turbulences and Reynolds stresses were measured by the phase averaging technique at seven different wake ages within one revolution of the rotor. Core growth was also analyzed. It was resulted that circumferential velocity components showed a Rankine combined vortex shape and their circulation profiles viewed in the radial direction were close to the n = 2 model of Vatistas' algebraic formula, while axial velocity components seemed to have the Gaussian profiles In these measured ranges with the base width of three times of core radii. Peaks of circumferential velocities and core radii showed distinct asymmetric behaviors before the wake age of $150^{\circ}$ over inboard and outboard sides of the slipstream, but they became symmetric afterwards. Turbulence profiles which had two peaks Inside the core radii in the earlier wake age were also changed to single peaks after $150^{\circ}$. These trends imply that the tip vortex was barely mature at this wake age.
In this study, residential building damage states observed from a post-tornado damage survey in Joplin after a 2011 EF 5 tornado were used to reconstruct the near-surface wind field. It was based on well-studied relationships between Degrees of Damage (DOD) of building and wind speeds in the Enhanced Fujita (EF) scale. A total of 4,166 one- or two-family residences (FR12) located in the study area were selected and their DODs were recorded. Then, the wind speeds were estimated with the EF scale. The peak wind speed profile estimated from damage of buildings was used to fit a translating analytical vortex model. Agreement between simulated peak wind speeds and observed damages confirms the feasibility of using post-tornado damage surveys for reconstructing the near-surface wind field. In addition to peak wind speeds, the model can create the time history of wind speed and direction at any given point, offering opportunity to better understand tornado parameters and wind field structures. Future work could extend the method to tornadoes of different characteristics and therefore improve model's generalizability.
A tornado changes its wind speed and direction rapidly; therefore, it is difficult to study the effects of a tornado on buildings in a wind tunnel. The status of the tornado-structure interaction and various models of the tornado wind field found in literature are surveyed. Three dimensional computer modeling work using the turbulence model based on large eddy simulation is presented. The effect of a tornado on a cubic building is considered for this study. The Navier-Stokes (NS) equations are approximated by finite difference method, and solved by an semi-implicit procedure. The force coefficients are plotted in time to study the effect of the Rankine combined vortex model. The tornado is made to translate at a $0^{\circ}$ and $45^{\circ}$ angle, and the grid resolution is refined. Some flow visualizations are also reported to understand the flow behavior around the cube.
A tornado changes its wind speed and direction rapidly; therefore, it is difficult to study the effects of a tornado on buildings in a wind tunnel. In this work, the status of the tornado-structure interaction is surveyed by numerical simulation. Various models of the tornado wind field found in literature are surveyed. Three-dimensional computer modeling work using the turbulence model based on large eddy simulation is presented. The effect of tornado on a cubic building is considered for this study. The Navier-Stokes (NS) equations are approximated by finite difference method, and solved by a semi-implicit procedure. The force coefficients are plotted in time to study the effect of the Rankine-Combined Vortex Model. Some flow visualizations are also reported to understand the flow behavior around the cube.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.10
no.1
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pp.86-98
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2017
In order to obtain high efficiency and low resistance droplet separation apparatus, axial vane type gas-liquid separators with different guide vanes were designed, and the RNG $k-{\varepsilon}$ model as well as discrete phase model (DPM) were used to investigate the flow pattern inside the separators. It was shown that the tangential velocity distribution under different guide vanes have Rankine vortex characteristics, pressure distribution exhibits a high similarity which value becomes big as the increase of the blade outlet angle and the decrease of the guide vane numbers. The increase of the guide vane numbers and the decrease of the blade outlet angle could make separation improve significantly. The separation efficiency is almost 100% when the droplet diameter is bigger than $40{\mu}m$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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