Partial quenching structure of turbulent diffusion flames in a turbulent mixing layer is investigated by the method of flame hole dynamics to develope a prediction model for the turbulent lift off. The present study is specifically aimed to remedy the problem of the stiff transition of the conditioned partial burning probability across the crossover condition by adopting level-set method which describes propagating or retreating flame front with specified propagation speed. In light of the level-set simulations with two model problems for the propagation speed, the stabilizing conditions for a turbulent lifted flame are suggested. The flame hole dynamics combined with level-set method yields a temporally evolving turbulent extinction process and its partial quenching characteristics is compared with the results of the previous model employing the flame-hole random walk mapping. The probability to encounter reacting' state, conditioned with scalar dissipation rate, demonstrated that the conditional probability has a rather gradual transition across the crossover scalar dissipation rate in contrast to the stiff transition of resulted from the flame-hole random walk mapping and could be attributed to the finite response of the flame edge propagation.
In the present paper, transition turbulence model is applied to the NACA64(3)618 and detailed flow features are studied. The turbulence model is sensitive to the boundary layer grid quality and y+ of the grid was limited to 1. The prediction of the transition region is dependent on the local flow condition. The pressure coefficient distribution of the transition turbulence model is compared with that of the fully turbulent mode and the drag distribution of the transition turbulence model was compared with that of the wind tunnel test.
Numerical investigation on the dynamic stall over an oscillating airfoil is presented. A Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations are coupled with transition transport equations for the natural transition. Computational results considering the turbulent transition are compared with the fully turbulent computations and the experimental data. Results with transition prediction show closer correlation with the experimental data than those with the fully turbulent assumption, especially in the reattachment region.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.6
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pp.823-832
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2002
A modified $textsc{k}$-$\varepsilon$model is proposed for calculation of transitional boundary-layer flows with changing pressure gradient. In order to develop the model for this problem, the flow is divided into three regions; pre-transition region, transition region and fully turbulent region. The effect of pressure gradient is taken into account in stream-wise intermittency factor, which bridges the eddy-viscosity models in the pre-transition region and the fully turbulent region. From intermittency data in various flows, Narashima's intermittency function, F(${\gamma}$), has been found to be proportional to $\chi$$^{n}$ according to the extent of pressure gradient. Three empirical correlations of intermittency factor being analyzed, the best one was chosen to calculate three benchmark cases of bypass transition flows with different free-stream turbulence intensity under arbitrary pressure gradient. It was found that the variations of skin friction and shape factor as well as the profiles of mean velocity in the transition region were very satisfactorily predicted.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.5
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pp.685-694
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2002
Effects of wake-passing orientation and frequency on the wake-induced boundary layer transition on a NACA0012 airfoil are investigated. The wakes are generated by rotating cylinders clockwise (CW) and counterclockwise (CCW) around the airfoil. Time- and phase-averaged streamwise mean velocities and turbulent fluctuations are measured with a single hot-wire probe. Wall skin frictions are estimated by the Computational Preston Tube Method (CPM). The pressure distribution on the airfoil is different according to the wake-passing orientation and frequency. Turbulent patches are generated in the laminar boundary layer due to the passing wake and the boundary layer becomes temporarily transitional. The transition process is significantly affected by the pressure gradient and the turbulent patches. For the receding wake, the turbulent patches propagate more rapidly than those for the approaching wake because adverse pressure gradient becomes larger. As the frequency increases, onset location of transition moles upstream and the boundary layer near the trailing edge becomes more transitional.
The turbulent flow around a sphere was investigated using two experimental techniques: smoke-wire flow visualization in wind tunnel at Re=5300, 11000 and PIV measurements in a circulating water channel. The smoke-wire visualization shows flow separation points near an azimuthal angle of $90^{\circ}$, recirculating flow, transition from laminar to turbulent shear layer, evolving vortex roll-up and fully turbulent eddies in the sphere wake. The mean velocity field measured using a PIV technique in x-y center plane demonstrates the detailed near-wake structure such as nearly symmetric recirculation region, two toroidal vortices, laminar separation, transition and turbulent eddies. The PIV measurements of turbulent wake in y-z planes show that a recirculating vortex pair dominates the near-wake region.
Partial quenching structure of diffusion flames in a turbulent mixing layer has been investigated by the method of flame hole dynamics in oder to develope a prediction model for the phenomenon of turbulent flame lift off. The present study is specifically aimed to remedy the shortcoming of the stiff transition of the conditioned partial burning probability across the crossover condition by employing the level-set method which enables us to include the effect of finite flame edge propagation speed. In light of the level-set simulation results with two models for the edge propagation speed, the stabilizing conditions for turbulent lifted flame are suggested. The flame hole dynamics combined with the level-set method yields a temporally evolving turbulent extinction process and its partial quenching characteristics is compared with the results of the previous model employing the flame-hole random walk mapping based on three critical scalar dissipation rates. The probability to encounter reacting state, conditioned with scalar dissipation rate, demonstrated that the conditional probability has a rather gradual transition across the crossover scalar dissipation rate. Such a smooth transition is attributed to the finite response of the flame edge propagation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.6
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pp.786-798
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2001
This paper describes the phenomena of wake-induced transition of the boundary layers on a NACA0012 airfoil using measured phase-averaged data. Especially, the phase-averaged wall shear stresses are reasonably evaluated using the principle of Computational Preston Tube Method. Due to the passing wake, the turbulent patch is generated in the laminar boundary layer on the airfoil and the boundary layer becomes temporarily transitional. The patches propagate downstream with less speed than free-stream velocity and merge with each other at further down stream station, and the boundary layer becomes more transitional. The generation of turbulent patch at the leading edge of the airfoil mainly depends on velocity defects and turbulent intensity profiles of passing wakes. However, the growth and merging of turbulent patches depend on local streamwise pressure gradients as well as characteristics of turbulent patches. In this transition process, the present experimental data show very similar features to the previous numerical and experimental studies. It is confirmed that the two phase-averaged mean velocity dips appear in the outer region of transitional boundary layer for each passing cycle. Relatively high values of the phase-averaged turbulent fluctuations in the outer region indicate the possibility that breakdown occurs in the outer layer not near the wall.
A Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) code with transition prediction model is developed and the computational results on an oscillating airfoil are compared with the experimental data for OA209 airfoil. An approximated eN method that can predict transition onset points and the length of transition region is directly applied to the RANS code. The hysteresis loop in dynamic stall is compared for the computational results using transition prediction and fully turbulent models with the experimental data. Results with transition prediction show more correlation with the experimental data than the fully turbulent computation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.7
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pp.435-440
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2016
Effects of the increase rate of Reynold number on near-wall turbulent structures are investigated by performing direct numerical simulations of transient turbulent channel flows. The simulations were started with the fully-developed turbulent channel flow at $Re_{\tau}=180$, then temporal accelerations were applied. During the acceleration, the Reynolds number, based on the channel width and the bulk mean velocity, increased almost linearly from 5600 to 13600. To elucidate the effects of flow acceleration rates on near-wall turbulence, a wide range of durations for acceleration were selected. Various turbulent statistics and instantaneous flow fields revealed that the rapid increase of flow rate invoked bypass-transition like phenomena in the transient flow. By contrast, the flow evolved progressively and the bypass transition did not clearly occur during mild flow acceleration. The present study suggests that the transition to the new turbulent regime in transient channel flow is mainly affected by the flow acceleration rate, not by the ratio of the final and initial Reynolds numbers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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