Laminar flows over a cube and a cuboid (cube extended in the streamwise direction) are numerically investigated for the Reynolds numbers between 50 and 350. First, vortical structures behind a cube and lift characteristics are scrutinized in order to understand the variation in vortex shedding characteristics with respect to the Reynolds number. As the Reynolds number increases, the flow over a cube experiences the steady planar-symmetric, unsteady planar-symmetric, and unsteady asymmetric flows. Similar to the sphere wake, the planar-symmetric flow over a cube can be divided into two different regimes: single-frequency regime and multiple-frequency regime. The former has a single frequency due to regular shedding of vortices with the same strength in time, while the latter has multiple frequency components due to temporal variation in the strength of shed vortices. Second, the effect of the length-to-height ratio of the cuboid on the flow characteristics is investigated for the Reynolds number of 270, at which planar-symmetric vortex shedding takes place behind a cube. With the ratio smaller than one, the flow over the cuboid becomes unsteady asymmetric flow, whereas it becomes steady flow for the ratios greater than one. With increasing the ratio, the drag coefficient first decreases and then increases. This feature is related to the flow reattachment on the side faces of the cuboid.
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.27
no.11
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pp.1645-1654
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2003
When vortex shedding is locked-on to a single frequency oscillatory flow, the variations of vortex dynamics are investigated using a time-resolved PIV system. Wake regions of recirculation and vortex formation, dynamic behavior of the shed vortices and the Reynolds stress fields are measured in the wake-transition regime at the Reynolds number 360. In the lock-on state, reduction of the wake region occurs and flow energy distributed downstream moves upstream being concentrated near the cylinder base. To observe the dynamic behavior of the shed vortices, the trajectory of the vortex center extended to the inside of the wake bubble is considered, which describes well the formation and evolution processes. The Reynolds stresses and their contributions to overall force balance on the wake bubble manifest the increase of the drag force by the lock-on.
When a circular cylinder is placed at the center of a slot burner nozzle, once stable Woflhard-Parker type laminar lean premixed flame is changed to an oscillating flame with self-induced noise. The wrinkled flame surface showed the same pattern and frequency of the Karman vortex street at the downstream of a circular cylinder. The interaction of flame with Karman vortex street is observed to be responsible for flame oscillation. The measured flame oscillation frequency is very similar to the estimated Karman vortex shedding frequency based on the St-Re relationship of the flow past circular cylinder, which could be considered as a strong evidence for the interaction between laminar pre-mixed flame and a Karman vortex street. As Reynolds number increases oscillation frequency decreases and the self-induced noise level increases as well as the flame front is more severly wrinkled. This result suggests that the flame/vortex interaction becomes more active at higher Re.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.49
no.2
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pp.151-157
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2012
The present study explored the possibilities of the applications of open source libraries to shipbuilding and marine engineering industries. A computational fluid dynamics (CFD) code, termed SNUFOAM, was developed and tested for turbulent flow around a ship, free surface flow around a hull, cavitating flow, and vortex shedding dynamics around a cylinder. The results using the developed CFD codes were compared against existing experimental data and solution of commercial CFD codes. SNUFOAM showed the nearly same results as commercial CFD codes and proved to be an alternative to commercial CFD codes for shipbuilding and marine engineering industries.
In this paper, the flow past a rotary oscillating circular cylinder is simulated. The high-order and high-resolution numerical schemes with the characteristic boundary conditions are used for the compressible Navier-Stokes equation. The frequencies of rotating oscillation are $0.19\;{\leq}\;S_f\;{\leq}\;0.25$ for the maximum angular $\theta_{max}=10^{\circ}$ and $17^{\circ}$. The flow conditions are Mach number of 0.3 and Reynolds number of 1000. At Lock-on and Non-lock-on region which are defined by the relation between the vortex shedding frequency and the oscillating frequency, the drag and lift coefficient are analyzed.
The present paper focuses on the analysis of aero-acoustics characteristic by several boundary conditions. In this simulation, a high-order and high-resolution numerical schemes are used for the accurate computation of compressible flow with several boundary conditions including characteristic boundary conditions as well as extrapolation and zonal characteristic boundary condition. These boundary conditions are applied to the computation of two dimensional circular cylinder flows with Mach number of 0.3 and Reynolds number of 400. The computation results are validated with measurement datum and other computation results for the Strouhal frequency of vortex shedding, the mean drag coefficient and root-mean-square lift for the unsteady periodic flow regime. Secondary frequency is predicted by three kinds of boundary conditions characteristic.
Wind turbine noise become main environmental problem as wind energy have been installed all around. Noise from large wind turbine give annoyance to listener, moreover it increase loading to whole system by restricting blade tip speed. However accurate noise mechanism of wind turbine is not yet examined. This paper reviewed noise source and analysis theory. Broadband noise if main component of wind turbine noise and airfoil self noise is main noise source. These make acoustic analogy hard to apply for analysis. For this reason, experimental equation is method for wind turbine noise prediction up to now. Spectrum analysis shows that vortex shedding noise exists around $1k{\sim}2k$ Hz. This region is most sensitive frequency range to human. Thus it is necessary to reduce this noise source.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.29
no.8
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pp.915-922
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2005
This experimental study is conducted to investigate effects of a splitter plate, which is set on the back side of a square prism in the uniform flow. The Reynolds number is $1.44{\times}10^{4}$ based on the width of the square prism. The measurement of velocity vector and pressure distribution are carried out 4 cases of length in the range of 0.5L to 2.0L with 0.5L interval and 3 cases of Position at 0L, 0.25L, 0.5L, Flow visualization is also executed by smoke-wire method to understand the mechanism of vortex formation The results show the strong vortex shedding patterns and drags are decreased effectively, when the position of splitter plate is 0L. And the drag reduction rate is in inverse proportion to the splitter plate length
Wieghaus, Kyle T.;Hurlebaus, Stefan;Mander, John B.
Structural Monitoring and Maintenance
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v.1
no.4
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pp.393-409
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2014
Across-wind response is often the cause of significant structural vibrations that in turn cause fatigue damage to welded and other connections. The efficacy of low-cost helical strakes to mitigate such adverse response is presented for a traffic signal structure. Field observations are made on a prototype structure in a natural wind environment without and with helical strakes installed on the cantilevered arm. Through continuous monitoring, the strakes were found to be effective in reducing across-wind response at wind speeds less than 10 m/s. Estimates of fatigue life are made for four different geographical locations and wind environments. Results for the class of traffic signal structure show that helical arm strakes are most effective in locations with benign wind environments where the average annual wind speed is not more than the vortex shedding wind speed, which for this investigation is 5 m/s. It is concluded that while strakes may be effective, it is not the panacea to mitigating connection fatigue at all locations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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