This paper presents numerical works carried out for developing an advanced computational framework for understanding injury- and mortality-inducing flow phenomena in hydropower facilities. Large-eddy simulation (LES) of a circular jet flow is carried out to help interpret the results of recent experiments that exposed live fish to the shear zone of a turbulent jet. The instantaneous flow field of LES is characterized by intense velocity, pressure, and vorticity fluctuations, which could exert forces and moments on a fish considerably larger than those exerted by the same fish exposed to the corresponding steady, time-averaged flow. In this study, also, unsteady modeling of flow in a hydroturbine draft tubewas carried out using a hybrid unsteady RANS/LES, so-called detached-eddy simulation (DES). Results from DES show that the potential for disorientation and excessive residence times of fish within the draft tube is certainly considerable.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.10
no.3
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pp.357-366
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1986
The flow characteristics of two-dimensional turbulent offset jet which is discharged parallel to a solid wall has been studied experimentally and numerically. In the experiment, 3-hole pitot tube and 2 channel constant temperature hot-wire anemometer are used to measure local mean velocity, turbulence intensity and Reynolds stress while scannivalve is used to measure the wall pressure distribution. It is confirmed experimentally that local mean velocity is closely related to wall pressure distribution. It is also verified that for large Reynolds numbers and fixed step height there exists a similarity in the distribution of wall pressure coefficient. The maximum values of turbulence intensity occur in the top and bottom mixing layers and the magnitude of Reynolds stress becomes large in the lower mixing layer than in the top mixing layer due to the effect of streamline curvature and entrainment. In the numerical analysis, standard k-.epsilon. model based on eddy viscosity model and Leschziner and Rodi model based on algebraic stress model are adopted. The numerical analyses predict shorter reattachment lengths than the experiment, and this difference is judged to be due mainly to the problem of turbulence model constants and numerical algorithm. This also causes the inconsistency between the two results for other turbulence quantities in the recirculation region and impingement region, which constitutes a subject of a continued future study.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.10
no.1
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pp.110-120
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1986
45.deg. corss jet flow, at the mixing of two jet flows, was experimentally studied. For this study, only the statistical turbulent characteristics and high order moments will be analysed by on-line computer system (hot-wire anemometer system, dynamic analyser and computer system, plotting and printing system). Since mean velocity distributions, intensities of turbulence, Reynolds stresses, correlation coefficients, and other general results were already studied and presented. One dimensional probability density distributions of u', v', and w' were analysed comparing with Gaussian curve, which showed skew and flat tendency according to the Y and Z directions. For the analysis of the joint flow of turublent components, the joint probability density distributions were examined. The fagures were drawn so as to be read joint probabilities, joint probability densities, fluctuating velocities u', v', and w'. For further detailed examination of the variations of skewness and flatness phenomena, iso-joint probability density contours obtained from the profiles of the joint probability density distributions were studied. According to the displacement of positions from the center of the mixing flow and the directions, the flatness and skewness factors were increased.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.4
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pp.290-297
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2016
A two-phase Large Eddy Simulation(LES) has been conducted to investigate breakup and atomization of a liquid jet in a cross turbulent flow in a rectangular duct. Gas-droplet two-phase flow was solved by a coupled Eulerian-Lagrangian method which tracks every individual particles. Effects of liquid breakup models, sub-grid scale models, and a order of spatial discretization was investigated. The penetration depth in cross flow was comparable with experimental data by varying breakup model and LES scheme. SMD(Sauter Mean Diameter) distribution downstream of jet was analyzed.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.6
no.1
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pp.1-11
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2002
The suitable turbulence model is found to be required in the course of establishing a proper analysis methodology for thermal stripping phenomena which are shown in strong temperature variation area such as reactors and propulsion devices. Three different turbulence models of $\kappa$-$\varepsilon$ model, modified $\kappa$-$\varepsilon$ model, and full Reynolds stress(FRS) model, are applied to analyze unsteady turbulent flows with temperature variation. Three test cases are selected for verification. These are vertical jet flows with water and sodium, and parallel jet flow with sodium. Analysis yields the conclusion that 3-D computation with FRS betters others. However, modified modeling is required to improve its heat transfer characteristic analysis. Further analysis is performed to find momentum variation effects on temperature distribution. It is found that the momentum increase results increase of fluid mixing and magnitude of temperature variation.
Ko Jung-Bin;Lee Kwan-Hyung;Moon Hee-Jang;Koo Ja-Ye
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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v.y2005m4
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pp.155-158
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2005
The spray characteristics of liquid jet minted in subsonic cross-flow were investigated numerically and experimentally. The behaviors of column, penetration and breakup of plain liquid jet in non-swirling cross-flow of air have been studied. Numerical and physical models are based on a modified KIVAII code. The primary atomization is represented by a wave model based on the KH(Kelvin-Helmholtz) instability that is generated by a high interface relative velocity between the liquid and gas flows. CCD camera has been utilized in oder to capture the spray trajectory. The nozzle diameter was 0.5 mm and its L/D ratios were between 1 and 5. Numerical and experimental results indicate that the breakup point is delayed by increasing gas momentum ratio, the penetration decreases by increasing Weber number and the turbulent or nonturbulent liquid jet is obtained at different L/D ratio.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.10
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pp.3304-3312
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1996
An experimental study on the convective heat transfer characteristics was performed for a two-dimensional wall attaching offset jet(WAOJ). Thermochromic liquid crystal was used to measure the plate wall temperature. The Nusselt number was measured for Reynolds numbers from 6, 500 to 39, 000, and the offset ratios from 0.5 to 15. The maximum Nusselt number point coincides with the time-averaged reattachment point and Nusselt number decreases monotonically after the jet reattaches on the wall. In the recirculation region Nusselt number minimize near the upstream corner and then increases as X/D decreases to vanishes. This suggests the existence of secondary vortices, causing an additional mixing of the flow in the corner. The correlations between the local Nusselt number and Reynolds number, Re, offset ratio, H/D, and streamwise distance, X/D are presented.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.6
no.2
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pp.93-101
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1986
The behavior of a plane buoyant jet discharged vertically upward into a stagnant uniform environment is analyzed by continuity, momentum transport equation by numerical scheme. The governing equations are solved by finite difference method employing stream function and vorticity transport and Prandtl's turbulent model. Results for centerline velocities and temperatures, temperature distribution and flow pattern in receiving environment due to buoyant jet in the range of discharge densimetric Froude number of 4 to 32 show good agreement with published data. Spreading rate and dispersion ratio, which are required in integral type analysis of whole range of buoyant jet and have not been obtained yet, are derived in terms of discharge densimetric Froude number and vertical distance from source.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.7
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pp.1013-1021
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1998
Various vortical structures are investigated by using three kinds of flow visualization methods in branch pipe flows. There are two typical flow patterns when a jet from the branch pipe with various angles is injected to the main pipe cross flow. The velocity range of cross flow of the main pipe is 0.2 m/s ~ 1.2 m/s and the corresponding Reynolds number, R$_{p}$ is of the range 1.5 * 10$^{3}$ ~ 9.02 * 10$^{3}$. The velocity ratio(R), jet velocity/cross flow velocity, is chosen from 1.3 to 4. The subsequent behavior and development of the ring vortices which are created at the jet boundary mainly depend on the velocity ratio. An empirical relation for the shedding frequency of the ring vortices is derived. It is also found that there are two different vortex shedding mechanism in the mixing of two fluid streams.s.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.8
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pp.1087-1096
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2001
The dynamic structures of unsteady CH$_4$/Air jet diffusion flame with a flame-vortex interaction were numerically investigated. A timed-dependent, axisymmetric computational model and a low mach number approximation were employed in the present calculation. A two-step global reaction mechanism which considers 6 species, was used to calculate the reaction rates. The predicted results including the gravitational effect show that the large outer vortices and the small inner vortices can be well simulated without any additional disturbances near nozzle tip. It was found that the temperature and species concentrations have deviated values even for the same mixture fraction in the flame-vortex interaction region. It was also shown that the flame surface is not deformed by the inner vortex in upstream region, while in downstream region, the flame surface is compressed or stretched by the outer vortex roll-up. The present unsteady jet flame configuration accompanying a flame-vortex interaction is expected to give good implications for the unsteady structures of turbulent flames.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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