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.
A deep-ocean mining riser pipe is subjected to floating vessel motion as well as environmental forces arising from currents and waves. The dynamic analysis is carried out for a deep-ocean mining riser pipe by using a finite element method. The vortex shedding which excites risers in a direction perpendicular to the flow and induces transverse response is considered. It is demonstrated that transverse displacements due to vortex shedding is greatly increased in lock-in regions. The result of this study is compared with other results having good agreements.
Stratified flow past a three-dimensional obstacle such as a sphere has been a long-lasting subject of geophysical, environmental and engineering fluid dynamics. In order to investigate the effect of the stratification on the near wake, in particular, the unsteady vortex formation behind a sphere, numerical simulations of stratified flows past a sphere are conducted. The time-dependent Navier-Stokes equations are solved using a three-dimensional finite element method and a modified explicit time integration scheme. Laminar flow regime is considered and linear stratification of density is assumed under Boussinesq approximation. The computed results include the characteristics of the near wake and the unsteady vortex shedding. With a strong stratification, the separation on the sphere is suppressed and the wake structure behind the sphere becomes planar, resembling that behind a vertical cylinder.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.5
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pp.553-559
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2004
Stratified flow past a three-dimensional obstacle such as a sphere has been a long-lasting subject of geophysical, environmental and engineering fluid dynamics. In order to investigate the effect of the stratification on the near wake, in particular, the unsteady vortex formation behind a sphere, numerical simulations of stratified flows past a sphere are conducted. The time-dependent Navier-Stokes equations are solved using a three-dimensional finite element method and a modified explicit time integration scheme. Laminar flow regime is considered, and linear stratification of density is assumed under Bossiness approximation. The computed results include the characteristics of the near wake and the unsteady vortex shedding. With a strong stratification, the separation on the sphere is suppressed and the wake structure behind the sphere becomes planar, resembling that behind a vertical cylinder.
Kim, S.H.;Ahn, H.T.;Ryue, J.S.;Shin, H.K.;Kwon, O.J.;Seo, H.S.
Journal of computational fluids engineering
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v.17
no.1
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pp.29-35
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2012
Fluid-Structure Interaction analysis of a circular cylinder surrounded by incompressible turbulent flow is presented. The fluid flow is modeled by incompressible Navier-Stokes equations in conjunction with large-eddy simulation for turbulent vortical flows. The circular cylinder is modeled as elastic continuum described by elasto-dynamic equation of motion. Finite element method based approach is utilized for unified formulation of fluid-structure interaction analysis. The magnitude and frequency of structural response is analysed in comparison to the driving fluid forces.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.11a
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pp.446-451
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2003
This paper presents some examples of active control of flow-induced vibration using piezoelectric actuators. The flutter phenomenon, which is the dynamic instability of structure due to mutual interaction among inertia, stiffness, and aerodynamic forces, may cause catastrophic structural failure, and therefore the active flutter suppression is one of the main objectives of the aeroelastic control. Active flutter control has been numerically and experimentally studied for swept-back lifting surfaces using piezoelectric actuation. A finite element method, a panel aerodynamic method, and the minimum state space realization are involved in the development of the governing equation, which is efficiently used for the analysis of the system and design of control laws with modern control framework. The active control suppressed flow-induced vibrations and extended the flutter speed around by 10%. Another representative flow-induced vibration phenomenon is the oscillation of blunt bodies due to the vortex shedding. In general, it is quite difficult to set up the numerical model because of the strong non-linearity of the vortex shedding structure. Therefore, we applied adaptive positive position feedback controller, which requires no pre-determined model of the plant, and successfully suppressed the flow-induced vibration.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.6
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pp.1919-1932
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1991
Experimental studies are conducted to investigate the Flow-Induced Vibration mechanism for cantilever plate model with the angle of attack (.alpha.=10.deg., 20.deg., 30.deg.). Research is divided into two parts. First, the flow fields around two dimensional flat plate model are investigated using LDV system. Second, the vortex shedding frequency and response spectra of cantilever plate are obtained experimentally using gap sensor and hot wire anemometer. Finite element method program was used in order to predict the flow field and pressure field around thin flat plate. And some predicted results were compared with the experimental data. The aspect ration of test model is d/t=25 (d; width, t; thickness). From the measurement of the flow field it was found that in the case of small inclined (.alpha.=10.deg., 20.deg.) relatively, the separated boundary layer at sharp leading edge developed smoothly downstream. With increasing the angle of attack of the plate, stagnation region was appeared on the back side of the plate and separated boundary layer was extended downstream. These trends are a good agreement with the computational results. It was found by analysis of response spectra of cantilever plate that the influences of vortex shedding frequency were important at the large of attack (.alpha.=30.deg.), and two peak values appear in entire test model at 24Hz, 150Hz.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.17
no.2
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pp.183-192
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2004
New dynamic analysis procedures lot the vertically drilled sea water pile are suggested and demonstrated by the typical design Problem. Pile structure submerged in the sea water as well as forces by the ocean waves and tidal currents are modeled and formulated by finite element method. To obtain wave forces for the finite element equation, Airy's wave theory is tested and selected among others. Lateral lifting forces induced by the vortex shedding of current flow is simply based on the harmonic function with the Strouhal frequency and lifting coefficient. Natural frequencies and frequency responses for the pile are calculated by NASTRAN using the results of the formulation. Dynamic displacement and stress results obtained by these procedures are shown to be applicable to predict the dynamic behaviors of the ocean pile by the wave and lifting forces as a preliminary design analysis.
Iban, A.L.;Brownjohn, J.M.W.;Belver, A.V.;Lopez-Reyes, P.M.;Koo, K.
Wind and Structures
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v.17
no.3
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pp.263-274
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2013
A numerical technique for fluid-structure interaction, which is based on the finite element method (FEM) and computational fluid dynamics (CFD), was developed for application to an industrial chimney equipped with a pendulum tuned mass damper (TMD). In order to solve the structural problem, a one-dimensional beam model (Navier-Bernoulli) was considered and, for the dynamical problem, the standard second-order Newmark method was used. Navier-Stokes equations for incompressible flow are solved in several horizontal planes to determine the pressure in the boundary of the corresponding cross-section of the chimney. Forces per unit length were obtained by integrating the pressure and are introduced in the structure using standard FEM interpolation techniques. For the fluid problem, a fractional step scheme based on a second order pressure splitting has been used. In each fluid plane, the displacements have been taken into account considering an Arbitrary Lagrangian Eulerian approach. The stabilization of convection and diffusion terms is achieved by means of quasi-static orthogonal subscales. For each period of time, the fluid problem was solved and the geometry of the mesh of each fluid plane is updated according to the structure displacements. Using this technique, along-wind and across-wind effects have been properly explained. The method was applied to an industrial chimney in three scenarios (with or without TMD and for different damping values) and for two wind speeds, showing different responses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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