An experimental study of the skin friction measurement in a turbulent boundary-layer has been carried out. The skin friction measurements are made using the laser interferometer skin friction (LISF) meter, which optically detects the rate of thinning of an oil applied to the test surface. This technique produces reliable skin friction data over a wide range of flow situations up to 3-dimensional complicated flows with separation, where traditional skin friction measurement techniques are not applicable. The present measured data in a turbulent boundary-layer on a flat plate using the LISF technique shows a good comparison with the result from the previous velocity profile techniques, which proves the validity of the present technique. An extensive error analysis is carried out for the present technique yielding an uncertainty of about .+-.8%, which makes them suitable for CFD code validation purposes. Finally the measurements of the skin friction in a separated region after a surface-mounted obstacle are also presented.
Recently, skin diagnosis has been suggested as a promising tool for discrimination of Sasang Constitution, reported by examining the skin characteristics such as thickness, stiffness, slip, and skin textures like wrinkles and furrows. However, the works had a limitation in that clinical decision on the skin characteristics was made by relying upon oriental medicine doctors' subjective sense of touch. In order to objectify the skin diagnosis and claim its efficacy on the discrimination of the Sasang Constitutions, it is necessary to demonstrate its discrimination capability by providing numerical values in terms of physical quantities obtained from measurements using today's sensors and equipment technologies, which motivated this work as a priliminary step towards objectification of skin diagnosis. The skin characteristics focused in this work is the slip property of the back-hand skin that has been exploited using the dynamic friction measurement system. First, curved geometric effects of the back-hand skin on the measured lateral/vertical force signals were estimated using the artificially designed silicon coated structures, which led to a suggestion on a quality controlled experimental design based upon a empirical analysis model. Second, the experimental design thus suggested has been applied to the measurement of dynamic friction coefficients for two healthy male subjects of Taeumin (TE) and Soyangin (SY), respectively. The result shows that the dynamic friction coefficient is less for the SY subject than for the TE subject around the area of the skin used for diagnosis by the oriental medicine doctor, implying the TE subject's skin is more slippery than the SE subject's that is consistent with the oriental medicine doctor's diagnosis. Hopefully, this work can provide guidelines for obtaining quality data in friction measurement to be collected for discussion on the efficacy of the skin diagnosis and its objectification through statistical analysis.
1. Objectives Our goal is to observe the feasibility of constitution discrimination from computing quantitative roughness index from dynamic friction coefficients and their gradients with the measurement device of skin friction with 3-Axis load cell sensor. 2. Methods In the traditional Korean medicine, skin diagnosis is one of the examination methods to discriminate Sasang constitution since it was known that Tae-eumin has rough skin, and Soyangin has smooth one. It is based on the skin roughness on the back of one's hand for the discrimination. The measurement device of skin friction with 3-axis load cell sensor has been developed in order to provide quantitative skin roughness through dynamic friction coefficients. The effective interval of the coefficients is obtained from the automatic sampling algorithm to use their curvature and slope. Then, Fisher's discriminant function of them makes the discrimination. 3. Results The success rate of extracting the effective interval was about 90% and the discriminant accuracy between Tae-eumin and Soyangin was 70% and 68% for men and women, respectively. The entire methods showed the possibility to distinguish between Tae-eumin and Soyangin by using stochastic properties of roughness index, which can make the entire system to include the measurement, the computation of the roughness index and the discrimination of constitution automatical. 4. Conclusions The measurement device, the automatic sampling algorithm of dynamic friction coefficients and the constitution discrimination algorithm were developed, respectively, and their combination can become the serial and automatic procedure for quantitative and objective skin diagnosis, which mimics the movement of the Oriental medical doctors' skin diagnosis. It can be applied to healthcare as well as the diagnosis of constitution in a u-Health system soon.
현장타설말뚝의 연암 근입부의 단위주면마찰력을 산정하는 방법 중 암반 벽면거칠기에 의한 산정 방법이 있다. 현장타설말뚝의 굴착 시공 시 암반 굴착공에 거칠기 장치를 설치하고 벽면 거칠기 모양을 측정하고 그 결과를 이용하여 주면마찰력을 산정하는 것이다. 본 연구에서는 암반벽면의 거칠기를 직접 측정한 결과와 하중전이 시험결과를 비교분석하여 거칠기시험에 의한 단위주면마찰력을 말뚝의 발생 변위에 대응하는 단위 주면마찰력으로 변환할 수 있도록 저감계수 Rf = -0.14n + 1.48(여기서, n은 하중전이시험에서 도출된 발생변위 δ를 말뚝직경 D로 나눈 변위비)을 제안하였다.
A simultaneous measurement of the wall skin friction and near-wall streamwise velocity fluctuations is performed using hot film and hot wire anemometers to investigate the relation between them. Near-wall turbulence statistics measured with a hot-wire probe are in good agreement with previous results. Turbulence properties of the wall skin friction fluctuations measured with a hot film also show fairly good agreements with those measured by others except that rms level is lower in the present study. Long-time averaged space- time correlations show that the wall skin friction is highly correlated with a turbulence structure which is tilted from the wall in the streamwise direction. Tilting angles are obtained from the phase shifts between the wall skin-friction and streamwise velocity fluctuations. The convection velocity of the near-wall streamwise velocity obtained from the space-time correlation is in good agreement with that from the direct numerical simulation database.
The experimental study concerns the characteristics of a transitional flow in a concentric annulus with a diameter ration of 0.52, whose outer cylinder is stationary and inner one rotating. The pressure drops and skin-friction coefficients have been measured for the fully developed flow of water and that of glycerine-water solution (44%) at a inner cylinder rotational speed of $0{\sim}600$ rpm, respectively. The transitional flow have been examined by the measurement of pressure drops and the visualization of flow field, to reveal the relation of the Reynolds and Rossby numbers with the skin-friction coefficients and to understand the flow instability mechanism. The present results show that the skin-friction coefficients have the significant relation with the Rossby numbers, only for laminar regime. The occurrence of transition has been checked by the gradient changes of pressure drops and skin-friction coefficients with respect to the Reynolds numbers. The increasing rate of skin-friction coefficient due to the rotation is uniform for laminar flow regime, whereas it is suddenly reduced for transitional flow regime and, then, is gradually declined for turbulent flow regime. Consequently, the critical (axial-flow) Reynolds number decreases as the rotational speed increases. Thus, the rotation of inner cylinder promotes the early occurrence of transition due to the excitation of taylor vortices.
In the present study, the flat plate model test method is developed to evaluate the skin friction of the marine coating in the cavitation tunnel. Six-component force balance is used to measure the profile drag of the flat plate and strut. LDV(laser Doppler velocimetry) technique is also employed to evaluate the drag and to figure out the reason of the drag reduction. The flow velocities above the surface can be used to assess the skin friction, combined with direct force measurement. Since the vortical structure in the coherent turbulence structure influences on the skin friction in the high Reynolds number regime, the interaction between the turbulence structure and the surface wall is paying more attention. This sort of thing is important in the passive control of the turbulent boundary layer because the skin friction can't be determined only by wall condition. As complicated flow phenomena exist around a paint film, systematic measurement and analysis are necessary to evaluate the skin friction appropriately.
In this study, we experimentally investigate the possibility of skin-friction drag reduction by series of transverse cavities in a turbulent boundary layer flow. The effects of cavity depth (d), cavity length (l) and cavity spacing (s) on the skin friction drag are examined in the range of $Re_{\theta}\;=\;4030\;{\sim}\;7360$, $d/{\theta}_0\;=\;0.13\;{\sim}1.03$, l/d = 1 ~ 4 and s/d = 5 ~ 20. We perform experiments for twenty different cavity geometries and directly measure total drag force using in-house force measurement system. In most cases, the skin friction drag is increased. At several cases, however, small drag reduction is obtained. The variation of the skin ftiction drag is more sensitive to the cavity length than to the cavity depth or cavity spacing, and drag is reduced at $s/l\;{\geq}\;10$ and $l/{\theta}_0\;{\leq}\;0.26$ irrespective of the cavity depth. At $l/\bar{\theta}_0\;=\;0.13$ and s/l = 10, maximum 2% drag reduction is achieved. When the skin friction drag is reduced, there is little interaction between the flows inside and outside cavity, and the flow changed by the cavity is rapidly recovered at the following crest. A stable vortex is formed inside a cavity in the case of drag reduction. This vortex generates negative skin friction drag at the cavity bottom wall. Although there is form drag due to the cavity itself, total drag is reduced due to the negative skin friction drag.
The present experimental and numerical investigations are performed for the characteristics of transitional flow in a concentric annulus with a diameter ratio of 0.52, whose outer cylinder is stationary and inner one rotating. The pressure losses and skin- friction coefficients have been measured for the fully developed flow of water and glycerine-water solution (44%) with the inner cylinder rotating at speed of 0∼600 nm, respectively. The transitional flow has been examined by the measurement of pressure losses to reveal the relation of the Reynolds and Rossby numbers with the skin-friction coefficients. The occurrence of transition has been checked by the gradient changes of pressure losses and skin-friction coefficients with respect to the Reynolds numbers. The increasing rate of skin-friction coefficient due to the rotation is uniform for laminar flow regime, whereas it is suddenly reduced for transitional flow regime and, then, it is gradually declined for turbulent flow regime.
An experimental research has been carried out for flow control of the shock wave/turbulent boundary-layer interaction utilizing aeroelastic mesoflaps. Various shapes and thicknesses of the mesoflap are tested to achieve different deflections of the flap, and ail the results are compared to the solid-wall reference case without flow-control mechanism. Quantitative variation of skin friction has been measured downstream of the interactions using the laser interferometer skin friction meter, and qualitative skin friction distribution has been obtained by observing the interference fringe pattern on the oil-film surface. A strong spanwise variation in the fringe patterns with a narrow region of separation near the centerline is noticed to form behind the shock structure, which phenomenon is presumed partially related to three-dimensional flow structures associated with both the sidewalls and the bottom test surface. The effect of the shape of the cavity is also observed and it is noticed that the shape of the cavity is not negligible.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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