A new phase-average technique using instantaneous velocity fields obtained by a PIV method has been developed. The technique tracks vorticity centers and estimates the value of circulation for a chosen domain. The locations of vortex-centers and the magnitudes of circulation are matched together then showing a sine wave feature due to the periodic vortex shedding from the circular cylinder. Ensemble averaged and phase averaged velocity fields are successfully measured for the circular cylinder wake where Reynolds number is 3900 based on free stream velocity and cylinder diameter. The convection velocities of the vortices center and the vortex shedding frequency were measured by a single hot-wire probe.
An analytic approach is attempted to predict the amplification of turbulence in compressible flows experiencing one-dimensional and axisymmetric bulk dilatation. The variations of vortex radius and vorticity are calculated, and then the amplification of turbulence is obtained from them by tracking three representative vortices. For a one-dimensionally compressed flow, the present analysis slightly underestimates the amplification of velocity fluctuations and turbulent kinetic energy, relative to that of rapid distortion theory in the solenoidal limit. For an axisymmetrically distorted flow, the amplification of velocity fluctuations and turbulent kinetic energy depend not only on the density ratio but also on the ratio of streamwise mean velocities, which represents streamwise vortex contraction/stretching. In all flows considered, the amplification of turbulence is dictated by the mean density ratio. In the axisymmetric flow, streamwise vortex stretching/contraction, however, alters the amplification slightly.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제17권4호
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pp.28-37
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1993
Flow characteristics within the three-dimensional square cavity are studied experimentally by adopting PIV(Particle Image Velocimetry). A new method for tracking the same particle pairs in the consecutive flow image is suggested resulting in more effective acquisition of the velocity vectors. Two methods for supplying the shearing stress within the cavity are developed by continuous moving belt and 2-dimensional plane Poiseuille flow. The effect of TGL vortex in the case of belt-moving flow is remarkable owing to the distribution of the kinetic energy in the spanwise direction. But, for the plane Poiseuille flow, velocity profiles similar to a forced vortex are obtained and its tendency increases with the Reynolds number.
A two-dimensional numerical method for inviscid two-fluid flows with evolution of density interface is developed, and an initially stationary two-dimensional fluid sheet surrounded by another fluid is studied. The Interface between two fluids is modeled as a vertex sheet, and the flow field u÷th the evolution of interface is solved by using vortex-in-cell/front-tracking method. The edge of the sheet Is pulled back into the sheet due to surface tension and a blob is formed at the edge. This blob and fluid sheet are connected by a thin neck. In the inviscid limit, such process of the blob and neck formation is examined in detail and their kinematic characteristics are summarized with dimensionless parameters. The edge recedes at $V=1.06({\sigma}/{\rho}h)^{0.5}$ and the capillary wave Propagating into the fluid sheet must be considered for bettor understanding of the edge receding.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제6권2호
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pp.84-96
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2005
Helical tip vortex is known as stable vortex structure, however the specific frequency component of far wake perturbation induces the vortex pairing in hover and axial flight. It is expected that the tip vortex pairing phenomena may happen in transition flight and very low advance ratio flight so that inflow may be most nonuniform in the low advance ratio flight. The objectives of this paper are that a tip-vortex instability during the transition from hover into very low advance ratio forward flight is numerically predicted to understand a physics by using a time-marching free-wake method. To achieve the objectives, numerical method is firstly validated in typical axial and forward flights cases. Present scheme with trim routine can predict airloads and inflow distribution of forward flight with good accuracy. Then, the transition flight condition is calculated. The rotor used in this wake calculation is a small-scale AH-1G model. By using a tip-vortex trajectory tracking method, the tip-vortex pairing process are clearly observed in transient flight($\mu$=0.03) and disappears at a slightly higher advance ratio($\mu$=0.05). According to the steady flight simulation at $\mu$=0.03, it is confirmed the tip-vortex pairing process is continued in the rear part of rotor disk and not occurs in the front part. Time averaged inflow in this case is predicted as smooth distribution.
Turbulent flow past a square cylinder confined in a channel is numerically investigated by Large Eddy Simulation(LES). The main objectives of this study are to verify the experimental results of Nakagawa et al.[Exp. in Fluids, Vol. 27, 3, pp. 284∼294, 1999] by LES and to obtain related flow information in detail. The LES results obtained are in excellent agreement with the experiment both qualitatively and quantitatively. The passive paticles numerically released into the flow field clearly show the barman vortex street. However, the vortices shed from the cylinder are significantly affected by the presence of the plates. Futhermore, periodic and alternating vortex-rollups are observed in the vicinity of the plates. The rolled-up vortex is convected downstream together with the corresponding Karman vortex forming a counter-rotating vortex pair. It is also revealed that the cylinder greatly enhances mixing process of the flow.
벽면 난류의 항력과 밀접한 관련이 있는 유동구조인 헤어핀 보텍스 패킷의 형성 과정을 파악하기 위해 $Re_{\tau}$ = 180, 395, 590 의 채널유동에서 보텍스의 발달 과정에 대한 전산해석을 수행하였다. 초기 보텍스는 각 레이놀즈 수에 대한 직접수치모사를 수행하여 버퍼층에서 발생하는 Q2 이벤트에 대한 조건부 평균 유동장으로 부과하였다. 초기 보텍스의 발달과정을 시공간적으로 조사하여 ${\Omega}$ 모양의 보텍스의 형성 및 2 차 헤어핀 보텍스의 형성 과정의 시간 척도는 벽단위에 의존함을 확인하였다. 또한, 초기 보텍스가 채널 중심까지 성장한 시점에서는 세 레이놀즈 수 경우 모두 패킷의 경사각이 대략 $12^{\circ}{\sim}14^{\circ}$로 유사하였다. 마지막으로 두 개의 인접한 헤어핀 보텍스가 보텍스 패킷으로 발달하는 경우에 대한 전산해석을 수행하여 보텍스 패킷의 상호작용을 조사하였다.
We solve the integral representation of the Navier-Stokes equations in a lagrangian view by tracking the particles, which have vortex strengths. We simulate the unsteady viscous flow around an impulsively started cylinder using the vortex particle method. Particles are advanced via the Biot-Savart law for a lagrangian evolution of particles. The particle strength is modified based on the scheme of particle strength exchange. The solid boundary satisfies the no-slip boundary condition by the vorticity generation algorithm. We newly modify the diffusion scheme and the boundary condition for simulating an unsteady flow efficiently. To save the computation time, we propose the mixed scheme of particle strength exchange and core expansion. We also use a lot of panels to ignore the curvature of the cylinder, and not to solve the evaluation of the surface density. Results are compared to those from other theoretical and experimental works.
경계를 가지는 비점성 2유체 유동을 해석할 수 있는 수치해법을 개발하고 이를 이용하여 초기에 정지되어 있는 액체판의 끝단에서 일어나는 수축현상을 분석하였다. 경계면은 보오텍스 쉬트로 모델하였고 유동장은 와도격자법과 경계면추적법을 적용하여 계산하였다. 액체판의 끝단은 표면장력에 의해 수축되고 뭉툭한 형상을 취하게 되고, 이러한 끝단은 잘룩한 형상의 통로에 의하여 액체판에 연결되어 안쪽으로 끌려들게 된다. 이러한 현상을 비점성 조건에서 운동에너지 변화를 포함한 무차원 수의 함수로 분석하였다. 끝단의 수축속도는 로 파악되었고 표면장력파의 전파특성이 엄밀하게 조사되어야 함을 밝혔다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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