This experimental study concerns the characteristics of a 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 a 0.2 % aqueous solution of sodium carbomethyl cellulose (CMC) at a inner cylinder rotational speed of $0{\sim}600$ rpm. The transitional flow has been examined by the measurement of pressure losses, to reveal the relation of the Reynolds numbers with the skin-friction coefficients, in the laminar and transitional flow regimes. The occurrence of transition has been checked by the gradient change of pressure losses and skin-friction coefficient 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. Consequently, the critical(axial-flow) Reynolds number decrease as the rotational speed increases. Thus, the rotation of inner cylinder promotes the early occurrence of transition due to the onset of taylor vortices.
Kim, Young-Ju;Hwang, Young-Kyu;Kwon, Hyuk-Jung;Suh, Byung-Taek;Hwang, In-Ju
Proceedings of the KSME Conference
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2001.11b
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pp.324-329
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2001
This experimental study concerns the characteristics of a 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 $0.1\sim0.4%$ aqueous solution of sodium carbomethyl cellulose (CMC), respectively at inner cylinder rotational speed of $0\sim600rpm$. 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 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 losses and skin-friction coefficients with respect to the Reynolds numbers. The increasing rate of skin-friction coefficients due to the rotation in 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 decrease as the rotational speed increases. Thus, the rotation of inner cylinder promotes the early occurrence of transition due to the onset of taylor vortices.
Kim, Young-Ju;Woo, Nam-Sub;Seo, Byung-Taek;Hwang, Young-Kyu
Proceedings of the KSME Conference
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2003.04a
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pp.2095-2100
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2003
This Experimental study concerns the characteristics of vortex flow in a concentric annulus with a diameter ration of 0.52, whose outer cylinder is stationary and inner one is rotating. Pressure losses and skin-friction coefficients have been measured for fully developed flow of bentonite-water solution(5%) when the inner cylinder rotates at the speed $0{\sim}400rpm$. The results of present study reveal the relation of the bulk flow Reynolds number Re and Rossby number $R_o$ With respect to the skin friction coefficients. The effect of rotation on the skin friction coefficient is significantly dependent on the flow regime. In all flow regime, the skin friction coefficient is increased by the inner cylinder rotation. The critical (bulk flow) Reynolds number $Re_c$ decreases as the rotational speed increases. Thus, the rotation of the inner cylinder promotes the onset of transition due to the excitation of Taylor vortices.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.4
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pp.604-613
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2002
Generation characteristics of electrospray droplets for highly viscous liquid have been investigated by measuring size distributions of droplets emitted from the Taylor cone using glycerol solutions with various conductivities. Because of very small volatility of glycerol, droplet sizes can be measured by an aerodynamic size spectrometer (TSI Aerosizer DSP) with negligible evaporation of droplets. For highly conducting and viscous liquid, the sizes of the droplets electrosprayed from the Taylor cone are found to be relatively insensitive to applied voltages and the electrosprays assisted by the corona discharge call produce monodisperse droplets as long as the corona intensity is not too high. Near the minimum flow rate where a liquid cone is stable, the spray tends to consist of a one -peak monodisperse distribution of drop lets. However, at high flow rates, the spray bifurcates into bimodal distributions, which are consistent with the result of the previous study for less viscous liquids than our liquids. For liquid flow rates (Q) below 1 nl/s, the measured droplet diameters by the aerosizer are in the range of 0.30 to 1.2 ${\mu}{\textrm}{m}$ for the glycerol solutions. The diameters of monodisperse droplets scale approximately with $r^*=Q_$\tau$(Q$\tau$){^1/3}$ where $r^*$ is a characteristic length and $\tau$is the electrical relaxation time of the fluid. However, when compared with several represe ntative scaling laws, the droplet diameters are two to six factors greater than those predicted by the scaling laws. This may be closely related to the combined effect of the much higher viscosity and the electrical charge on the jet breakup of glycerol so solution.
This experimental study concerns the characteristics of a helical flow in a concentric annulus with a diameter ratio of 0.52, whose outer cylinder is stationary and inner one is rotating. The pressure losses and skin friction coefficients have been measured for the fully developed flow of Non-Newtonian fluid, aqueous solution of sodium carbomethyl cellulose (CMC) and bentonite with inner cylinder rotational speed of 0~400 prm. Also, the visualization of helical flows has been performed to observe the unstable waves. The results of present study reveal the relation of the Reynolds number Re and Rossby number Ro with respect to the skin friction coefficients. In somehow, they show the existence of flow instability mechanism. The pressure losses increase as the rotational speed increases, but the gradient of pressure losses decreases as the Reynolds number increases in the regime of transition and turbulence. And the increase of flow disturbance by Taylor vortex in a concentric annulus with rotating inner cylinder results in the decrease of the critical Reynolds number with the increase of skin friction coefficient.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.6
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pp.603-608
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2011
Since PTV (particle tracking velocimetry) provides velocity vectors by tracking each particle in a fluid flow, it has significant benefits when used for nano- and bio-fluid flows. However, PTV has only been used for limited flow fields because interpolation data loss is inevitable in PTV in principle. In this paper, a hybrid particle image velocimetry (PIV) algorithm that eliminates interpolation data loss was constructed by using an affine transformation. For the evaluation of the performance of the constructed hybrid PIV algorithm, an artificial image test was performed using Green-Taylor vortex data. The constructed algorithm was tested on experimental images of the wake flow (Re = 5,300) of a rectangular body ($6cm\;{\times}3cm$), and was demonstrated to provide excellent results.
In this paper we present the aspect of inertial oscillation typically observed in the spin-up of fluids at low Rossby numbers in a circular cylinder. Numerical computations for the quasi three-dimensional equation as well as one-dimensional equation are performed to estimate the predictability of the one-dimensional equation with Ekman pumping/suction models. It is assumed that the discrepancy between the two results may be attributed to the inertial oscillation The detailed analysis to the numerical results reveals that the axial plane is dominated by a comparatively strong oscillatory flows caused by the inertial oscillation. In view of the fact that the time-averaged flow field however agrees to the Taylor-Proudman theorem, it is recommended that further analysis is needed to obtain an improved one-dimensional model like the Reynolds-averaged Navier-Stokes equation for turbulent flows.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.12
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pp.48-58
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2006
The spray and combustion characteristics of liquid jet in cross flow with variation of injection angle are numerically studied. Numerical analysis was carried out using KIVA code, which may be used to generate numerical solutions to spray and chemical reactive fluid problem in three space dimensions and modified to be suitable for simulating liquid jet ejected into the cross flow. Wave model and Kelvin- Helmholtz(KH) /Rayleigh-Taylor(RT) hybrid model were used for the purpose of analyzing liquid column, ligament, and the breakup of droplet. Penetration length increases as flow velocity decreases and injection velocity increases. Numerical error increases as inflow velocity increases. The results of flame propagation contour in combustion chamber and local temperature distribution, combustion emissions were obtained.
A simple laboratory device and methodology are developed for deep understanding of the western boundary current (WBC). The apparatus consists of a rotating (count-clockwise) rectangular tank with a sloping bottom in order to simulate the beta effect, the variation of the Coriolis parameter with latitude. We also used a clockwise rotating disk at the surface water to mimic the wind stress forcing in mid-latitude oceans. Four experiments were carried out using some combination of a bottom type and a rotation of the tank. Experiment with the beta effect clearly demonstrated the WBClike flow as well as the Sverdrup interior. However, the water in a tank gave rise to an inertial motion under the influence of a constant Coriolis force alone. We also discussed a stiffening of the rotating fluid on the basis of the Taylor-Proudman effect. We believe that the apparatus and methods developed in this study help to understand the WBC due to the beta effect.
The main objective of this study is to investigate the turning and zig-zag maneuvering performance of the well-known naval surface combatant DTMB (David Taylor Model Basin) 5415 hull with URANS (Unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes) method. Numerical simulations of static drift tests have been performed by a commercial RANS solver based on a finite volume method (FVM) in an unsteady manner. The fluid flow is considered as 3-D, incompressible and fully turbulent. Hydrodynamic analyses have been carried out for a fixed Froude number 0.28. During the analyses, the free surface effects have been taken into account using VOF (Volume of Fluid) method and the hull is considered as fixed. First, the code has been validated with the available experimental data in literature. After validation, static drift, static rudder and drift and rudder tests have been simulated. The forces and moments acting on the hull have been computed with URANS approach. Numerical results have been applied to determine the hydrodynamic maneuvering coefficients, such as, velocity terms and rudder terms. The acceleration, angular velocity and cross-coupled terms have been taken from the available experimental data. A computer program has been developed to apply a fast maneuvering simulation technique. Abkowitz's non-linear mathematical model has been used to calculate the forces and moment acting on the hull during the maneuvering motion. Euler method on the other hand has been applied to solve the simultaneous differential equations. Turning and zig-zag maneuvering simulations have been carried out and the maneuvering characteristics have been determined and the numerical simulation results have been compared with the available data in literature. In addition, viscous effects have been investigated using Eulerian approach for several static drift cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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