Numerical and wind tunnel simulations of pollutant dispersion around rectangular obstacles with five aspect ratios have been conducted in order to identify the effects of flow patterns induced by buildings on plume dispersion in the near wake of buildings. An emission from a low source located upwind of obstacles was used in this simulation. The local flow patterns and concentrations around a cubical obstacle were initially investigated using three RANS turbulence models, (the standard $k-{\varepsilon}$, Shear Stress Transport (SST), Reynolds-Stress RSM turbulence model) and also using Large-eddy simulation (LES). The computed concentrations were compared with those measured in the wind tunnel. Among the three turbulence models, the SST model offered the best performance and thus was used in further investigations. The results show, for normal aspect ratios of width to height, that concentrations in the near wake are appreciably affected because of plume capture by the horseshoe vortex and convection by the vertical vortex pairs. These effects are less important for high aspect ratios. Vertical vortex pairs present a strong ability to exchange mass vertically and acts efficiently to reduce ground-level concentrations in the near wake.
Yan, Zhitao;Zhong, Yongli;Cheng, Xu;McIntyre, Rory P.;Savory, Eric
Wind and Structures
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v.27
no.2
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pp.101-109
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2018
Wall jet flow exists widely in engineering applications, including the simulation of thunderstorm downburst outflows, and has been investigated extensively by both experimental and numerical methods. Most previous studies focused on the scaling laws and self-similarity, while the effect of lip thickness and external stream height on mean velocity has not been examined in detail. The present work is a numerical study, using steady Reynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) simulations at a Reynolds number of $3.5{\times}10^4$, of a turbulent plane wall jet with an external stream to investigate the influence of the wall jet domain on downstream development of the flow. The comparisons of flow characteristics simulated by the Reynolds stress turbulence model closure (Stress-omega, SWRSM) and experimental results indicate that this model may be considered reasonable for simulating the wall jet. The confined wall jet is further analyzed in a parametric study, with the results compared to the experimental data. The results indicate that the height and the width of the wind tunnel and the lip thickness of the jet nozzle have a great effect on the wall jet development. The top plate of the tunnel does not confine the development of the wall jet within 200b of the nozzle when the height of the tunnel is more than 40b (b is the height of jet nozzle). The features of the centerline flow in the mid plane of the 3D numerical model are close to those of the 2D simulated plane wall jet when the width of the tunnel is more than 20b.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.4
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pp.865-875
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1988
A two-dimensional stepped wall jet was numerically investigated by applying three different models : One is the standard k-.epsilon. and the other is the modified k-.epsilon. model which takes account of the streamline curvature effect by modifying the Reynolds shear stress and a source term in the dissipation equation, and a third is curvature dependent third-order correlation model. In order to test the influences of the numerical result, both the upwind scheme and the skew-upwind scheme were sued for the computations. By comparing the numerical results with available experiments, it was found that the modified k-.epsilon. model gives best overall prediction accuracy only when the numerical diffusion is eliminated by using the skew-upwind scheme. The numerical scheme was found to have more pronounced effect on the accuracy of the turbulence computation than the turbulence models.
Chang, Yeon S.;Do, Jong Dae;Kim, Sun-Sin;Ahn, Kyungmo;Jin, Jae-Youll
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.29
no.4
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pp.206-216
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2017
The temporal distribution of the turbulence kinetic energy (TKE) and the vertical component of Reynolds stresses ($-{\bar{u^{\prime}w^{\prime}}}$) was measured during one wave period under high wave energy conditions. The wave data were obtained at Hujeong Beach in the east coast of Korea at January 14~18 of 2017 when an extratropical cyclone was developed in the East Sea. Among the whole thousands of waves measured during the period, hundreds of regular waves that had with similar pattern were selected for the analysis in order to give three representing mean wave patterns using the ensemble average technique. The turbulence properties were then estimated based on the selected wave data. It is interesting to find out that $-{\bar{u^{\prime}w^{\prime}}}$ has one clear peak near the time of flow reversal while TKE has two peaks at the corresponding times of maximum cross-shore velocity magnitudes. The distinguished pattern of Reynolds stress indicates that vertical fluxes of such properties as suspended sediments may be enhanced at the time when the horizontal flow direction is reversed to disturb the flows, supporting the turbulence convection process proposed by Nielsen (1992). The characteristic patterns of turbulence properties are examined using the CADMAS-SURF Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) model. Although the model can reasonably simulate the distribution of TKE pattern, it fails to produce the $-{\bar{u^{\prime}w^{\prime}}}$ peak at the time of flow reversal, which indicates that the application of RANS model is limited in the prediction of some turbulence properties such as Reynolds stresses.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.9
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pp.720-727
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2008
Time delay effects on near-wall turbulent structures are investigated by performing a large-eddy simulation of a transient turbulent flow in a pipe. To elucidate the time delay effects on the near-wall turbulence, we selected the dimensionless acceleration parameter which was used in the previous study. Various turbulent statistics revealed the distinctive features of the delay. It was shown that the dynamic Smagorinsky model is valid to capture the alterations of the turbulence physics well. A dimensionless time for the responses of the flow quantities was introduced to give the detailed information on the delay of the nearwall turbulence. The conditionally-averaged flow fields associated with Reynolds shear stress producing events show that sweep and ejections are closely related to the delays of the turbulence production and the turbulence propagation toward the pipe center. The present study suggested that the enhanced anisotropy of the turbulence in the initial and transient stages would be a challenging problem to standard turbulence models.
Open-channel flows with submerged vegetation show two distinct flow structures in the vegetation and upper layers. That is, the flow in the vegetation layer is featured by relatively uniform mean velocity with suppressed turbulence from shear, while the flow in the upper layer is akin to that in the plain open-channel. Due to this dual characteristics, the flow has drawn many hydraulic engineers' attentions. This study compares layer-averaged models for flows with submerged vegetation. The models are, in general, classified into two-layer and three-layer models. The two-layer model divides the flow depth into vegetation and upper layers, while the three-layer model further divides the vegetation layer into inner and outer vegetation layers depending on the influence of the bottom roughness. This study compares the two-layer model and the three layer-model. It is found that the two-layer model predicts better the average value of the velocity and the prediction by the three-layer model is sensitive to Reynolds shear stress. In the three-layer model, the mean flow in the inner vegetation layer does not affect the flow seriously, which motivates the proposal of the modified two-layer model. The two-layer model, capable of predicting non-uniform mean velocity, is based on the Reynolds stress which is linear and of power form in the upper and vegetation layers, respectively. Application results reveal that the modified two-layer model predicts the mean velocity at an accuracy similar to the two- and three-layer models, but it predicts poorly in the case of very low vegetation density.
In this study, a parametric study of a centrifugal pump with double volute has been performed numerically using three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. The shear stress transport model was selected as turbulence closure through turbulence model test. The finite volume method and unstructured grid system were used for the numerical analysis. The optimal grid system in the computational domain was determined through a grid dependency test. The expansion coefficient, circumferential and radial starting positions and length of divider were selected as the geometric parameters to be tested. And, the hydraulic efficiency and the radial thrust coefficient were considered as performance parameters. It was found that the radial thrust and hydrualic efficiency are more sensitive to the expansion angle and circumferential starting position of the divider than the other geometrical parameters.
The present study investigates turbulent flows subject to strong wall injection in a channel through a Direct Numerical Simulation technique. These flows are pertinent to internal flows inside the hybrid rocket motors. A simplified model problem where a regression process at the wall is idealized by the wall blowing has been studied to gain a better understanding of how the near-wall turbulent structures are modified. As the strength of wall blowing increases, the turbulence intensities and Reynolds shear stress increase rapidly and this is thought to result from the shear instability induced by the injected flows at the wall. Also, turbulent viscosity grows rapidly as the flow moves downstream. Thus, the effect of wall-blowing modifies the state of turbulence significantly and more sophisticated turbulence modeling would be required to predict this type of flows accurately.
Seo, Jeong-Sik;Shin, Jong-Keun;Hong, Seong-Ho;Choi, Young-Don
Proceedings of the SAREK Conference
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2007.11a
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pp.558-563
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2007
Detached Eddy Simulation(DES) is performed for turbulent flow of the $270^{\circ}$ bend at a Reynolds number of 56,690. A Fine grid generation is used near a wall in order to satisfy the wall boundary condition of y+<1. Turbulence models adopted for DES and Reynolds Average Navier Stokes(RANS) simulation are SST(Shear Stress Transfort) model. Solutions for both streamwise and circumferential velocity components are compared with the experimental data by Lee for $270^{\circ}$ bend and by Chang for $180^{\circ}$ bend.
VIC (Vortex-In-Cell) method for viscous incompressible flow is presented to simulate the wake behind a modified NACA16 foil. With uniform rectangular grid, the velocity in field is calculated using streamfunction from vorticity field by solving the Poisson equation in which FFT(Fast Fourier Transform) is combined with 2nd order finite difference scheme. Here, LES(Large Eddy Simulation) with Smagorinsky model is applied for turbulence calculation. Effective viscosity is formulated using magnitude of strain tensor(or vorticity). Then the turbulent diffusion as well as viscous diffusion becomes particle strength exchange(PSE) with averaged eddy viscosity. The well-established panel method is combined to obtain the irrotational velocity and to apply the no-penetration boundary condition on the body panel. And wall diffusion is used for no-slip condition numerical results of turbulent stresses are compared with experimental results (Bourgoyne, 2003). Before comparing process, LES(Large Eddy Simulation) SGS(Subgrid scale) stress is transformed Reynolds averaged stress (Winckelmans, 2001).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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