Numerical simulations based on the ALE finite element method are carried out to examine the aerodynamics of an oscillating circular cylinder when the separated shear flows around the cylinder are stimulated by periodic jet excitation with a shear layer instability frequency. The excitation is applied to the flows from two points on the cylinder surface. The numerical results showed that the excitation with a shear layer instability frequency can reduce the negative damping and thereby stabilize the aerodynamics of the oscillating cylinder. The change of the lift phase seems important in stabilizing the cylinder aerodynamics. The change of lift phase is caused by the merger of the vortices induced by the periodic excitation with a shear layer instability frequency, and the vortex merging comes from the high growth rate, the rapid increase of wave number and decrease of phase velocity for the periodic excitation in the separated shear flows.
본 논문에서는 수직벽 하류에 형성되는 박이 전단층의 발전과 재부착 그리고 재발전 경계층에 대해 평균 속도, 벽면의 압력 분포, 난류 강도, 레이놀즈 전단 압력 및 아직 수직벽에 대해서는 보고된바 없는 난류 떨림 속도 성분들의 3승곱 통계치를 측정하여 난류 구조의 변화를 분석하고 이를 수치적 계산 모델개발의 자 료로 제공하고자 함이 이 연구의 목적이다.
Vertical fence has the coherent flow structure in front of the fence. In the present study, the wake change due to the flow separator in front of the vertical fence was experimentally investigated. Quantitative method was applied to study the separated shear flow field. The results show the flow separator changes the downstream shear flow and alters the curvature of separated shear layer As the freestream velocity increased, the reattachment length also increased.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제32권1호
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pp.94-99
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2008
The characteristics of the flowfield of a square prism having fences on the corner was investigated by the PIV. Strouhal numbers, velocity vectors and velocity profiles around the square prism were observed at various positions of the fences, and Reynolds number of $Re=0.6{\times}10^4{\sim}1.0{\times}10^4$. As the results in case of the prism having fences the Strouhal numbers were all smaller than in case of the prototype prism. In case of the prism having vertical fences on the front corners the concentrated intensity of the vorticity was the strongest and the size of separated shear layer was the largest. While in case of the prism having vertical fences on the rear corners the concentrated intensity of the vorticity was the weakest and the size of separated shear layer was the smallest. Also in this case, the flow separated in front corner was reattached around the rear corner and made circulation.
Generally, flow around a bluff body such as a circular cylinder is complicated compared with that around a streamlined body because of the existence of separated shear layers. Long bluff body such as a flat blunt plate is more complicated than short bluff body, because of separated-and-reattaching flow on the after bodies.(omitted)
An experimental study on the structure of a separated shear layer downstream of the backward-facing step has been performed by examining mean flow and turbulent quantities in terms of free stream turbulence. When free stream turbulence exists, the entrainment rate of the separated shear layer and the flow rate in the recirculation region are enhanced, resulting in shorter reattachment length. The production and diffusion terms in the turbulent kinetic energy balance are shown to increase more than the dissipation term does. Rapid decrease of the pressure-strain term in the shear stress balance implies the enhancement of the three-dimensional motion by free stream turbulence.
The turbulent shear flow around a surface-mounted vertical fence was investigated using the two-frame PTV system. The Reynolds number based on the fence height(H) was 2950. From this study, it is revealed that at least 400 instantaneous velocity field data are required for ensemble average to get reliable turbulence statistics, but only 100 field data are sufficient for the time-averaged mean velocity information. Various turbulence statistics such as turbulent intensities, turbulence kinetic energy and Reynolds shear stress were calculated from 700 instantaneous velocity vector fields. The fence flow has an unsteady recirculation region behind the fence, followed by a slow relaxation to the flat-plate boundary layer flow. The time-averaged reattachment length estimated from the streamline distribution is about 11.2H. There exists a region of negative Reynolds shear stress near the fence top due to the highly convex (stabilizing) streamline-curvature of the upstream flow. The large eddy structure in the separated shear layer seems to have significant influence on the development of the separated shear layer and the reattachment process.
비압축성 평균 Navier-Stokes 방정식에 $\varepsilon{-SST}$ 난류 모델을 적용하여 정사각주 주위 유동과 지면의 간극 유동을 해석하였다. 지면이 운동할 경우에는 지면의 박리 전단층의 강도가 약화되어 사각주 상/하부의 박리 전단층 상호 작용을 촉진시키므로 고정 지면에 비하여 더 낮은 간극에서도 와류 배출이 발생한다. 지면 효과를 고려할 경우 고정 지면의 경우와는 달리 지면의 박리 거품이 존재하지 않게 되고, 이로 인하여 2차 박리 주파수는 나타나지 않는다. 이와 더불어 지면이 운동할 경우 고정 지면에 비해 더 높은 와류 배출 주파수와 공력 계수가 나타남을 확인하였다.
Application of proper orthogonal decomposition (POD) and continuous wavelet transform (CWT) is introduced to study wind speed and building roof pressures of flow separation region. In this study, a detailed analysis of the approach wind flow, wind-induced building pressure and the relation between the two fields was carried out using the POD technique and CWT analysis. The results show potential of the application of POD and CWT in characterization of spatio-temporal and spectral properties of the approach wind and its induced dynamic pressure events. Some of findings resulting from the application of this analysis can be summarized as follows: (1) The POD first principal coordinate of the roof pressure in the separated shear layer is closely correlated with the longitudinal component of oncoming flow. (2) The CWT analysis suggests that the extreme peak pressure in the separated shear layer is due to condensed large-scale eddy motions.
Experimental and numerical studies on the unsteady wake field behind a square cylinder near a wall were conducted to find out how the vortex shedding mechanism is correlated with gap flow. The computations were performed by solving unsteady 2-D Incompressible Reynolds Averaged Navier-Stokes equations with a newly developed ${\epsilon}-SST$ turbulence model for more accurate prediction of large separated flows. Through spectral analysis and the smoke wire flow visualization, it was discovered that velocity profiles in a gap region have strong influences on the formation of vortex shedding behind a square cylinder near a wall. From these results, Strouhal number distributions could be found, where the transition region of the Strouhal number was at $G/D=0.5{\sim}0.7$ above the critical gap height. The primary and minor shedding frequencies measured in this region were affected by the interaction between the upper and the lower separated shear layer, and minor shedding frequency was due to the separation bubble on the wall. It was also observed that the position (y/G) and the magnitude of maximum average velocity $(u/u_{\infty})$ in the gap region affect the regular vortex shedding as the gap height increases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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