In the current flow visualization studies, the role of non-Newtonian characteristics (such as shearra to dependent viscosity and viscoelasticity ) on flow behavior across the sudden ex- pansion step in a circular pipe as a model for blood flow experiments is investigated over a wide range of Reynolds numbers. The expansion ratios tested are 2.000 and 2.667 and the range of the Reynolds number covered in the current flow visualization tests are 10~35, 000 based on the inlet. diameter. The reattachment longuEs for the viscoelastic fluids in the lami- nar flow regime are found to be much shorter than those for the Newtonian fluid. In addition it decreases significantly with increasing concentration of viscoelastic fluids at the same Reynolds number. However, in the turbulent flow regime, the reattachment length for the viscoelastic fluids Is two or three times longer than those for water, and gradually increases with increasing concentration of viscoelastic solutions, resulting In 25 and 28 step-height dis- tances for 500 and 1, 000 lpm ployacrylamide solutions, respectively. This may be due to the fact that the elasticity in pobacrylamide solutions suppresses the eddy motion and controls separation and reattachment behavior in the sudden expansion pips flow.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.2B
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pp.179-189
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2010
This paper presents a numerical investigation of vorticity generation in fully vegetated open-channel flows. The Reynolds stress model is used for the turbulence closure. Open-channel flows with rough bed-smooth sidewalls and smooth bed-rough sidewalls are simulated. The computed vectors show that in channel flows with rough bed and rough sidewalls, the free-surface secondary currents become relatively smaller and larger, respectively, compared with that of plain channel flows. Also, open-channel flows over vegetation are simulated. The computed bottom vortex occupies the entire water depth, while the free-surface vortex is reduced. The contours of turbulent anisotropy and Reynolds stress are presented with different density of vegetation. The budget analysis of vorticity equation is carried out to investigate the generation mechanism of secondary currents. The results of the budget analysis show that in plain open-channel flow, the production by anisotropy is important in the vicinity of the wall and free-surface boundaries, and the production by Reynolds stress is important in the region away from the boundaries. However, this rule is not effective in vegetated channel flows. Also, in plain channel flows, the vorticity is generated mainly in the vicinity of the free-surface and the bottom, while in vegetated channel flows, the regions of the bottom and vegetation height are important to generate the vorticity.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.3
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pp.813-820
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2014
This study presents a numerical modeling of mean flow and turbulence structures of partly-vegetated open-channel flows. For this, Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with vegetation drag terms are solved numerically using the non-linear k-${\varepsilon}$ model. The numerical model is applied to laboratory experiments of Nezu and Onitsuka (2001), and simulated results are compared with data from measurement and computations by Kang and Choi's (2006) Reynolds stress model. The simulation results indicate that the proposed numerical model simulates the mean flow well. Twin vortices are found to be generated at the interface between vegetated and non-vegetated zones, where turbulence intensity and Reynolds stress show their maximums. The model simulates the pattern of the Reynolds stress well but under-predicts the intensity of Reynolds stress slightly.
An experimental investigation of the flow over the rectangular body located in close proximity to a ground board was reported using the particle image velocimetry (PIV) technique. The present experiments were conducted in a closed-loop open surface water channel with the Reynolds number, $Re_H=1.2{\times}10^4$ based on the model height. In addition to the PIV measurements, flow visualization studies were also carried out. The PIV technique provided instantaneous and time-averaged velocity vectors map, vorticity contours, streamline topology and turbulent quantities at various locations in the near wake. In the vertical symmetry plane, the upperbody flow is separated from the sharp top leading edge of the model and formed a large reverse flow region on the upper surface of the model. The flow structure downstream of the model has asymmetric double vortices. In the horizontal symmetry plane, identical separated flow regions occur on both vertical side walls and a pair of primary recirculatory bubbles dominates the wake region.
The backward-facing step (BFS) is a benchmark geometry for analyzing flow separation occurred at the edge and resulting development of shear layer and recirculation zone that are occupied by turbulent flow. It is important to accurately reproduce and analyze the mean flow and turbulence statistics of such flows to design physically stable and performance assurance structure. We carried out 3D RANS computations with widely used, two representative turbulence models, k-ω SST and RNG k-ε, to reproduce BFS flow at the Reynolds number of 23,000 and the Froude number of 0.22. The performance of RANS computations is evaluated by comparing numerical results with an experimental measurement. Both RANS computations with two turbulence models appear to reasonably well reproduce mean flow in the shear layer and recirculation zone, while RNG k-ε computation results in about 5% larger velocity between the outer edge of boundary layer and the free surface above the recirculation zone than k-ω SST computation and experiment. Both turbulence models underestimate the shear stress distribution experimentally observed just downstream of the sharp edge of BFS, while shear stresses computed in the boundary layer downstream of reattachment point are agree reasonably well with experimental measurement. RNG k-ε modeling reproduces better shear stress distribution along the bottom boundary layer, but overestimates shear shear stress in the approaching boundary layer and above the bottom boundary layer downstream of the BFS.
Turbulent temperature field in a channel with wall injection has been investigated using dynamic mixed model(DMM). This flow is pertinent to internal flows inside the hybrid rocket motors. In general, the results obtained with DMM are in better agreement with DNS results compared to those of dynamic Smagorinsky model(DSM). Such favorable features of DMM are attributed to the fact that it explicitly calculates the modified Leonard stress term which takes care of the local interaction between resolved and SGS stresses and only models the remaining cross and SGS Reynolds stress terms.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.4
no.3
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pp.24-39
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1982
It has already been known that quenching effect is influenced greatly by stirring and changing coolant's temperature on quenching. But according to the past investigations its effect has not been taken into consideration quantitatively in the cooling process. The purpose of this study is that the influence of flow rate and temperature on the quenching effect of cooling water as quenching medium is quantitatively examined by using the open channel. The stream of water in this study is turbulent flow. The temperature of the specimen made of pure copper is measured by CA thermocouple in the vicinity of the surface and recorded by an automatic recorder during the quenching process in city water. The results obtained are as follows; 1. The quenching effect of cooling water generally increases with Reynolds Number(characteristic length; specimen diameter)as shown in the experimental formula; but at the realm of Reynolds Number from 1.2 * 10$^{4}$ to 9.2 * 10$^{4}$, the increasing rate of quenching effect shows little increase. 2. The increasing rate of quenching effect was increased under the flow rate of 221 cm/sec. On the other hand, it was decreased below this flow rate. 3. The quenching effect was influenced by the water temperature and the flow rate. But it was rather dependent upon the former than the latter. 4. Although the quenching effect appeared loosely in the water temperature of 50.deg. C, it was shown that the quenching effect increased in the low flow rate of 31 cm/sec. comparing with the still water. 5. It is desirable to design the quenching system to be over 1.2 * 10$^{4}$ in Reynolds Number or over, 3000$cm^{-1}$ / in V/v in order to increase the quenching effect of the system using open channel.annel.
The flow structures of turbulent shear layer behind oil fences with different tip configurations were investigated experimentally using flow visualization and PIV velocity field measurement. An oil fence was installed in a circulating water channel and the flow structure around the fence tip was mainly analyzed in this experiment. The four tip configurations tested in this experiment are knife edge; semi-circle edge, circular edge and rectangular edge. The 300 instantaneous velocity fields were measured using the single-frame PIV system and they were ensemble averaged to give the mean velocity field and spatial distribution of turbulent statistics. Free stream velocity was fixed at 10ms/sec and the corresponding Reynolds number based on the fence height was Re=4000. As a result, for the oil fence with rectangular edge, the streamwise velocity component was decreased. On the other hand it was increased for the oil fence with circular edge. For all four fences tested in this study, general flow pattern of the lower shear layer is analogous but the upper layer shows difference depending on the tip configurations. The oil fence with circular edge has more diffusive upper shear layer than that of the others. The shear layer of the oil fence with rectangular edge has relatively thin thickness. The oil fence with circular edge was found to be proper shape for tandem fence.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.9
no.6
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pp.767-776
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1985
Unsteady thermally stratified flow caused by two-dimensional surface discharge of warm water into a oblong channel was investigated. Experimental study was focused on the rapidly developing thermal diffusion at small Richardson number. The basic objective were to study the interfacial mixing between a flowing layer of warm water and an underlying body of cold water and to accumulate experimental data to test computational turbulence models. Mean velocity field measurements were carried out by using NMR-CT (Nuclear Magnetic Resonance-Computerized Tomography). It detects quantitative flow image of any desired section in any direction of flow in short time. Results show that at small Richardson number warm layer rapidly penetrates into the cold layer because of strong turbulent mixing and instability between the two layers. It is found that the transfer ofheat across the interface is more vigorous than that of momentum. It is also proved that the NMR-CT technique is a very valuable tool to measure unsteady three dimensional flow field.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.28
no.6
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pp.1026-1036
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2004
In this study, single-phase heat transfer experiments were conducted with Oblong Shell and Plate heat exchanger using water. An experimental water loop has been developed to measure the single-phase heat transfer coefficient and pressure drop in a vertical Oblong Shell and Plate heat exchanger. Downflow of hot water in one channel receives heat from the cold water upflow of water in the other channel. Similar to the case of a plate heat exchanger, even at a very low Reynolds number, the flow in the Oblong Shell and Plate heat exchanger remains turbulent. The present data show that the heat transfer coefficient and pressure drop increase with the Reynolds number. Based on the present data, empirical correlations of the heat transfer coefficient and pressure drop in terms of Nusselt number and friction factor were proposed. Also, performance prediction analyses for Oblong Shell and Plate heat exchanger were executed and compared with experiments. $\varepsilon$-NTU method was used in this prediction program. Independent variables are flow rates and inlet temperatures. Compared with experimental data, the accuracy of the program is within the error bounds of $\pm$5% in the heat transfer rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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