Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.9
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pp.1351-1359
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2003
This study presents a numerical procedure to optimize shape of streamwise periodic ribs mounted on both of the principal walls to enhance turbulent heat transfer in a rectangular channel flow. The response surface method is used as an optimization technique. The optimization is based on Navier-Stokes analysis of flow and heat transfer with $k-{\varepsilon}$ turbulence model. The width-to-height ratio of a rib, rib height-to-channel height ratio and rib pitch to rib height ratio are chosen as design variables. The object function is defined as a function of heat transfer coefficient and friction drag coefficient with weighting factor. Optimum shapes of the rib have been obtained for the range of 0.02 to 0.1 of weighting factor.
In this study, a numerical optimization to find the optimal shape of streamwise periodic ribs mounted on both of the principal walls is performed to enhance turbulent heat transfer in a rectangular channel. The optimization is based on Navier-Stokes analysis of flow and heat transfer with $k-{\varepsilon}$ turbulence model and is implemented using response surface method. The width-to-height ratio of a rib, rib height-to-channel height ratio, rib pitch to rib height ratio and distance between opposite ribs to rib height ratio are chosen as design variables. The object function is defined as a function of heat transfer coefficient and friction drag coefficient with weighting factor. Optimum shapes of the rib have been investigated for the range of 0.0 to 0.1 of weighting factor.
An efficient large eddy simulation algorithm is used to compute surface pressure distributions on an eleven story (target) building on the NIST campus. Local meteorology, neighboring buildings, topography and large vegetation (trees) all play an important part in determining the flows and therefore the pressures experienced by the target. The wind profile imposed at the upstream surface of the computational domain follows a power law with an exponent representing a suburban terrain. This profile accounts for the flow retardation due to friction from the surface of the earth, but does not include fluctuations that would naturally occur in this flow. The effect of neighboring buildings on the time dependent surface pressures experienced by the target is examined. Comparison of the pressure fluctuations on the single target building alone with those on the target building in situ show that, owing to vortices shed by the upstream buildings, fluctuations are larger when such buildings are present. Even when buildings are lateral to or behind the target, the pressure disturbances generate significantly different flows around this building. A simple grid-free mathematical model of a tree is presented in which the trunk and the branches are each represented by a collection of spherical particles strung together like beads on a string. The drag from the tree, determined as the sum of the drags of the component particles, produces an oscillatory, spreading wake of slower fluid, suggesting that the behavior of trees as wind breakers can be modeled usefully.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.49
no.3
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pp.247-253
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2012
Dam-break flows, a type of very shallow gravity-driven flow, are substantially influenced by resistance forces due to viscous friction and turbulence. Assuming turbulent flow, the main focus of this study is to validate the increase of drag forces caused by surface roughness and especially turbulence intensity. A Reynolds Averaged Navier-Stokes(RANS) approach with the standard k-${\varepsilon}$ turbulence model is used for this study, where the free surface motion is captured by using a volume of fluid(VOF) method. Surface roughness effects are considered through the law of the wall modified for roughness, while the initial turbulence intensity which determines the lowest level of turbulence in the flow domain of interest is used for the variation of turbulence intensity. It has been found that the numerical results at higher turbulence intensities show a reasonably good agreement with the physical aspects shown by two different dam-break experiments without and with the impact of water.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.25
no.6
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pp.410-420
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2016
The geometric dimension and shape of microchannels that are formed during surface texturing are widely studied for applications in flow control, and drag and friction reduction. In this research, a new method for controlling the deformation of U channels during micro-rolling-based surface texturing was developed. Since the width of the U channels is almost constant, controlling the depth is essential. A calibration procedure of initial rolling gap, and proportional-integral PI controllers and a linear interpolation have been applied simultaneously to control the depth. The PI controllers drive the position of the pre-U grooved roll as well as the rolling gap. The relationship between the channel depth and rolling gap is linearized to create a feedback signal in the depth control system. The depth of micro channels is studied on A2021 aluminum lamina surfaces. Overall, the experimental results demonstrated the feasibility of the method for controlling the depth of microchannels.
Sa, Jeong Hwan;Kim, Kiro;Cho, Kum Won;Park, Soo Hyung
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.45
no.3
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pp.202-211
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2017
In this study, numerical simulations were performed using the ${\gamma}-Re_{\theta}$ transition model of KFLOW for the transitional flow over the KARI-11-180 airfoil. Numerical results of KFLOW were compared with experimental data and two other numerical results of XFoil and MSES. Fully turbulence model was predicted high skin friction drag than transition model because fully turbulence model could not solve the transitional flow. Numerical predictions using the ${\gamma}-Re_{\theta}$ model of KFLOW show a good agreement with experimental data and other numerical results. Present numerical results were confirmed the state of drag bucket due to dramatic changing of the transition location on the airfoil surface.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.52
no.4
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pp.356-363
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2015
Microbubbles moving in the turbulent boundary layer are visualized and investigated in the point of frictional drag reduction. The turbulent boundary layer is formed beneath the surface of the 2-D flat plate located in the tunnel test section. The microbubble generator produces mean bubble diameter of 30 – 50 μm. To capture the micro-bubbles passing through the tiny measurement area of 5.6 mm2 to 200 mm2, the shadowgraphy system is employed appropriately to illuminate bubbles. The velocity field of bubbles reveals that Reynolds stress is reduced in the boundary layer by microbubbles’ activity. To understand the contribution of microbubbles to the drag reduction rate more, much smaller field-of-view is required to visualize the bubble behaviors and to find the 2-D void fraction in the inner boundary layer.
In this paper, incompressible two-dimensional Navier-Stokes equations are numerically solved for the study of steady laminar flow around a body with the wall effect. A second-order finite difference method is used for the spatial discretization on the nonstaggered grid system and the 4-stage Runge-Kutta scheme for the numerical integration in time. The pressure field is obtained by solving the pressure-Poisson equation with the Neumann boundary condition. To investigate the wall effect, numerical computations are carried out for the NACA 0012 section at the various blockage ratios. The pressure and skin friction on the foil surface, velocity pronto in its wake and drag coefficient are investigated as functions of the blockage ratio.
In magnetic hard disk drives, higher areal recording density requires reduction of head-disk spacing. To overcome the increase of stiction associated with reduction of head-disk spacing, a padder slider, which adds pads to slider's air bearing surface, can be one of the practical solution for sub 20 nm flying height, and even for near contact recording. This study investigated the tribological characteristics of a padder slider. A padder slider took off slowly but showed less friction force than a normal slider. The hot/dry CSS test and drag test indicated that pad wear of a padder slider was negligible. The tribological performance of disk is an important factor to be considered. In particular, less carbon overcoat layer of the disk will result in higher stiction and wear in slider/disk interface. In conclusion, a padder slider shows encouraging tribological performances for practical use in HDD.
This paper is the logical follow-up of four papers by the author on the subject "aerodynamics in Mars atmosphere". The aim of the papers was to evaluate the influence of two Mars atmosphere models (NASA Glenn and GRAM-2001) on aerodynamics of a capsule (Pathfinder) entering the Mars atmosphere and also to verify the feasibility of evaluating experimentally the ambient density and the ambient pressure by means of the methods by McLaughlin and Cassanto respectively, therefore to correct the values provided by the models. The study was carried out computationally by means of: i) a code integrating the equations of dynamics of an entry capsule for the computation of the trajectories, ii) two Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) codes for the solution of the 2-D, axial-symmetric and 3-D flow fields around the capsule in the altitude interval 50-100 km. The computations verified that the entry trajectories of Pathfinder from the two models, in terms of the Mach, Reynolds and Knudsen numbers, were very different. The aim of the present paper is to continue this study, considering other aerodynamic problems and then to provide a contribution to a long series of papers on the subject "aerodynamics in Mars atmosphere". More specifically, the present paper evaluated and quantified the effects from the two models of: i) chemical reactions on aerodynamic quantities in the shock layer, ii) surface temperature, therefore of the contribution of the re-emitted molecules, on local (pressure, skin friction, etc.) and on global (drag) quantities, iii) surface recombination reactions (catalyticity) on heat flux. The results verified that the models heavily influence the flow field (as per the shock wave structure) but, apart from the surface recombination reactions, the effects of the different conditions on aerodynamics of the capsule are negligible for both models and confirmed what already found in the previous paper that, because of the higher values of density from the NASA Glenn model, the effects on aerodynamics of a entry capsule are stronger than those computed by the GRAM-2001 model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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