In this paper, the wake structures behind a square cylinder at the Reynolds number of 22,000 are simulated using the large eddy simulation, and the main features of the wake structure associated with unsteady vortex-shedding are investigated. The Smagorinsky model is used for parametrization of the subgrid scales. The finite element method with isoparametric linear elements is employed in the computations. Unsteady computations are performed using the explicit method with streamline upwind scheme for the advection term. The time integration incorporates a subcycling strategy. No-slip condition is enforced on the wall surface. A comparative study between two-and three-dimensional computations puts a stress on the three-dimensional effects in turbulent flow simulations. Simulated three-dimensional wake structures are compared with numerical and experimental results reported by other researchers. The results include time-averaged, phase-averaged flow fields and numerically visualized vortex-shedding pattern using streaklines. The results show that dynamics of the vortex-shedding phenomenon are numerically well reproduced using the present method of finite element implementation of large eddy simulation.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제13권1호
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pp.27-33
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2012
The relationship between the excitation frequency and the vortex shedding frequency is analyzed during the oscillation of the circular cylinder. Two-dimension unsteady Navier-Stoke's equation is calculated by using the Optimized High Order Compact (OHOC) scheme. The flow condition is Mach number 0.3 and Reynold's number 1000. From the results acquired by calculation, it can be inferred that, when the excitation frequency is near the vortex shedding frequency at the fixed cylinder wake, the oscillation frequency of lift and drag coefficients appears to lock-on. The lock-on refers to a phenomenon in which the aerodynamic coefficient appears as one primary oscillation frequency through excitation and its amplitude is amplified. In the non-lock-on zone, the excitation frequency is not in the lock-on mode anymore and beat is formed in which two or more primary oscillation frequencies of the aerodynamic coefficient are mixed together.
A method to mitigate the thermal stratification phenomenon of pressurizer surge line is proposed by heating bottom outside of horizontal pipe. Unsteady two dimensional model has been used to numerically investigate an effect of heating the bottom of pipe. The dimensionless governing equations are solved by using the control volume formulation and SIMPLE algorithm. Temperature and streamline profiles of fluids and pipe walls with time are compared with the previous study result. The numerical result of this study shows that the outside heating can relaxate the thermal stratification flow of the pressurizer surge line. Maximum dimensionless temperature difference between hot and cold sections of the pipe inner wall which causes thermal stratification was reduced from 0.514 to 0.424 at dimensionless time 1, 632 and 1, 500 respectively.
The shock wave discharged from an annular duct leads to very complicated flow features, such as Mach stem, spherical waves, and vortex rings. In the current study, the merging phenomenon and propagation characteristics of the shock wave are numerically investigated using a CFD method. The Harten-Yee's total variation diminishing (TVD) scheme is used to the unsteady, axisymmetric, two-dimensional, compressible Euler equations. The Mach number of incident shock wave $M_s$ is varied in the range below 2.0. The computational results are visualized to observe the major features of the annular shock waves discharged from the tube. On the symmetric axis, the peak pressure produced by the shock wave and its location depend upon strongly the radius of the annular tubes. A Mach stem is generated along the symmetric axis of the annular tubes.
최근 다양한 산업 및 공학 응용분야에서 히스테리시스 현상이 자주 발생하며, 이에 대한 많은 관심과 연구가 수행되었다. 이러한 현상은 주로 압력비가 일시적으로 변화하는 과정에서 발생되며, 초음속 풍동 시동과정에 영향을 미칠 것으로 예상되나, 이에 대한 연구가 미미한 실정이다. 본 연구에서는 초음속 풍동 내부에서 발생하는 히스테리시스 현상을 수치해석으로 조사하였다. 비정상, 축대칭, 압축성 Navier-Stokes 방정식을 유한 체적법으로 이산화 하였으며, Spalart-Allmaras 난류모델을 적용하였다. 본 연구의 결과로 초음속 풍동 시동과정에서 시동압력비와 작동압력비가 다른 원인을 히스테리시스 현상으로 설명하였다.
This paper is the first of several companion papers, which investigate axial stratification process and its effects in an Sl engine. The axial stratification is very sophisticate phenomenon, which results from combination of fuel injection, port and in-cylinder flow and mixing. Because of the inherent unsteady condition in the reciprocating engine, it Is impossible to understand the mechanism through the analytical method. In this paper, the ports were characterized by swir and tumble number in steady flow bench test. After this, lean misfire limit of the engines, which had different port characteristic, were investigated as a function of swirl ratio and injection timing for confirming the existence of stratification. In addition, gas fuel was used for verifying whether this phenomenon depends on bulk air motion of cylinder or on evaporation of fuel. High-speed gas sampling and analysis was also performed to estimate stratification charging effect. The results show that the AFR at the spark plug and LML are very closely related and the AFR is the results of bulk air motion.
Shock-focusing concave reflectors can have parabolic, circular or elliptic cross-sections. They produce effectively a very high pressure at the focusing point. In the past, many optical images have been obtained on shock focusing via experiments. Measurement of field variables is, however, difficult in the experiment. Using the wave propagation algorithm and the Cartesian embedded boundary method, we have successfully obtained numerical Schlieren images that appear very much like the experimental results. In addition, we obtained the detailed field variables such as pressure, velocity, density and vorticity in the unsteady domain. The present numerical results have made it possible to understand the shock focusing phenomenon in more detail than before.
Transition of flows in natural convection in a horizontal cylindrical annulus is investigated for the fluid with Pr=0.2. The unsteady streamfunction-vorticity equation is solved with finite difference method. As Rayleigh number is increased, the steady crescent-shaped eddy flow bifurcates to a time-periodic flow with like-rotating eddies. After the first Hopf bifurcation, however, a reverse transition from oscillatory to a steady flow occurs by the flow pattern variation. Hysteresis phenomenon occurs between the solution branches of up-scan and down-scan stages, and dual solutions with one steady and one oscillatory flow are found. Overall Nusselt of the flows at the flows at the down-scan stage is greater than that at the up-scan stage.
This study described the experimental investigations of combustion instability in a model gas turbine combustor. Strong coupling between pressure oscillations and unsteady heat release excites a self-sustained acoustic wave, which results in a loud and annoyed sound, and may also lead to a structural damage to the combustion system. In this study, in order to examine the combustion instability phenomenon of a dual swirling combustor configuration, the information of heat release and pressure fluctuation period with respect to the variation in both thermal power and combustor length was collected experimentally. As a result, the fundamental acoustic frequency turned out to increase with the increasing thermal power without respect to the combustor length. The frequency response to the combustor length was found to have two distinct regimes. In a higher power regime the frequency significantly decreases with the combustor length, as it is expected from the resonance of gas column. However, in a lower power regime it is almost insensitive to the combustor length. This insensitive response might be a result of the beating phenomenon between the interacting pilot and main flames with different periods.
The effects of rotation on the unsteady laminar flow past a circular cylinder is numerically investigated in the present study. We obtained the numerical solutions for unsteady two-dimensional governing equation for the flow using two different numerical schemes. One is an accurate spectral method and another is finite volume method. Above all, the flow around a stationary circular cylinder is investigated to understand the basic phenomenon of flow separation, bluff body wake. Also, the validation of our own codes, expecially based on FVM, is carried out by the comparison of results obtained from our simulations using two different schemes and previous numerical and experimental studies. By the effect of rotation, the mean lift increases and drag deceases, which well represent the previous study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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