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.
Vortex-induced vibrations of a yawed flexible cylinder near a plane boundary are numerically investigated at a Reynolds number Ren= 500 based on normal component of freestream velocity. Free to oscillate in the in-line and cross-flow directions, the cylinder with an aspect ratio of 25 is pinned-pinned at both ends at a fixed wall-cylinder gap ratio G/D = 0.8, where D is the cylinder diameter. The cylinder yaw angle (α) is varied from 0° to 60° with an increment of 15°. The main focus is given on the influence of α on structural vibrations, flow patterns, hydrodynamic forces, and IP (Independence Principle) validity. The vortex shedding pattern, contingent on α, is parallel at α=0°, negatively-yawed at α ≤ 15° and positively-yawed at α ≥ 30°. In the negatively- and positively-yawed vortex shedding patterns, the inclination direction of the spanwise vortex rows is in the opposite and same directions of α, respectively. Both in-line and cross-flow vibration amplitudes are symmetric to the midspan, regardless of α. The RMS lift coefficient CL,rms exhibits asymmetry along the span when α ≠ 0°, maximum CL,rms occurring on the lower and upper halves of the cylinder for negatively- and positively-yawed vortex shedding patterns, respectively. The IP is well followed in predicting the vibration amplitudes and drag forces for α ≤ 45° while invalid in predicting lift forces for α ≥ 30°. The vortex-shedding frequency and the vibration frequency are well predicted for α = 0° - 60° examined.
Modifications were made in the vortex particle method by reducing the number of numerical parameters and adapting more accurate integration schemes. The method was applied to 0.15, 0.2 and 0.25 rectangles where the original method yielded poor results. Structure of vortex formation and its shedding in the wake was clearly shown, and vortex shedding was more regular than that without the modifications, while the time-averaged drag coefficients were nearly the same. It was confirmed the modified method could be used in the viscous vortex particle method.
The usage of conventional tuned mass damper (TMD) was proved as an effective method for passive mitigating vortex-induced vibration (VIV) of a bridge deck. Although a variety of linear TMD systems have been so far utilized for vibration control of suspension bridges, a sensitive TMD mechanism to wind spectrum frequency is lacking. Here, we introduce a bistable tuned mass damper (BTMD) mechanism which has an exceptional sensitivity to a broadband input of vortex shedding velocity for suppressing VIV in suspension bridge deck. By use of the Monte Carlo simulation, performance of the nonlinear BTMD is shown to be more efficient than the conventional linear TMD under two different wind load excitations of harmonic (sinusoidal) and broadband input of vortex shedding. Consequently, an appropriate algorithm is proposed to optimize the design parameters of the nonlinear BTMD for Kap Shui Mun Bridge, and then the BTMD system is localized for the interior deck of the suspension bridge.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.15
no.4
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pp.48-56
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2011
A Possibility of combustion instability on longitudinal mode has a high level at large scale of L/D. Solid propellant has a metal particle and a grain of control to pressure oscillation. Solid rocket motor in slotted-tube grain controls pressure oscillation of longitudinal mode. Slotted-tube grain restrains longitudinal 1st pressure oscillation. But cavity volume of aft. insulation ablation amplifies 2nd pressure o scillation by vortext shedding. A study has suppressed combustion instability and vortex shedding by modified 4 slotted tube solid rocket motor design.
A major problem with high-mast light poles is the effects that wind vortex shedding can have on the pole itself because of the lock-in phenomenon. It is desired that the coefficients in the AASHTO Standard Specifications ($5^{th}$ edition) for Structural Supports for Highway Signs, Luminaries, and Traffic Signals be analyzed and refined. This is for the belief that the span of the shapes of poles for which the coefficients are used is much too broad and a specific coefficient for each different shape is desired. The primary objective of this study is to develop wind vortex shedding coefficient for a multisided shape. To do that, an octagonal shape was used as the main focus since octagonal cross sectioned high-mast light poles are one of the most common shapes in service. For the needed data, many wind parameters, such as the static drag coefficient, the slope of aerodynamic lift coefficient, Strouhal number, the lock-in range of wind velocities producing vibrations, and variation of amplitude of vortex-induced vibration with Scruton number are needed. From wind tunnel experiments, aerodynamic parameters were obtained for an octagonal shape structure. Even though aerodynamic coefficients are known from past test results, they need to be refined by conducting further wind tunnel tests.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.8
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pp.2122-2130
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1993
A numerical and experimental study has been performed on the flow in a shallow rectangular tank accompanying a vortex shedding. The model is composed of a rectangular tank with a vertical plate with a length half the width of the tank. The tank is subject to a horizontal sinusoidal oscillation. The numerical analysis shows that the pattern of vortex shedding changes considerably when the Reynolds number $R_e$ is varied from 500 to 7500. It is symmetric for $R_e$ <1500 and asymmetric for $R_e$ > 1500. The kinetic energies of the right-hand and left-hand sides of the vertical plate are used to quantify the degree of the asymmetry. Experimental visualization is carried out at $R_e$ = 3876 and 52000. The development of the streamline pattern at $R_e$ = 3876 is in closer agreement with the numerical result at $R_e$ = 1000 than that at $R_e$ =3876. The asymmetric pattern is observed at $R_e$ = 52000.
In this paper, a flow visualization analysis has been carried out on an oscillating square section cylinder, numerically, using a commercially available code CFD-ACE. In this study, the square cylinder is forced to oscillate at different frequencies of excitation, viz., fe/fo=0.5, 1.0 and 2.0 (where, fe is the excitation frequency provided to the cylinder and fo is the natural vortex shedding frequency from the stationary cylinder at a particular Reynolds number (=5200). In all the cases, the peak-to-peak amplitude of oscillation is kept at 32% of the side dimension of the square cylinder. These studies are conducted to understand the influence of frequency of oscillation on the flow field features around the cylinder, particularly the mode of vortex shedding. Results indicate that, the flow field around a square cylinder is very much influenced by the excitation frequency, in particular the vortex shedding mode. It is also found that, the vortex street parameters are significantly influence by the oscillation frequency. Comparison with earlier reported experimental studies has also been attempted in this paper. In appears that, such a numerical exercise (as performed in this paper) is first of its kind. It is believed that, these studies would enable one to understand the mechanisms underlying the flow-induced vibrations of a square section cylinder.
Vortex lock-on or resonance in the flow behind a circular cylinder is investigated from a time-resolved PIV when a single frequency oscillation is superimposed on the mean incident velocity. Measurements are made of the $K\acute{a}rm\acute{a}n$ and streamwise vortices in the wake-transition regime at the Reynolds number 360. Streamwise vortices at the lock-on and natural shedding states are observed, as well as the changes in the wake region with the change of the shedding frequency of lock-on state. When lock-on occurs, the vortex shedding frequency is found to be half the oscillation frequency as expected from previous experiments. At the lock-on state, the $K\acute{a}rm\acute{a}n$ vortices are observed to be more disordered by the increased strength and spanwise wavelength of the streamwise vortices, which leads to a strong three-dimensional motion. Recirculation and vortex formation region at the lock-on state is reduced as the oscillating frequency is increased. By comparing the Reynolds stresses at the lock-on and natural shedding states, $\bar{u'u'}\;and \;\bar{u'u'}$ at the lock-on state are concentrated on the shear layer around the cylinder. The $\bar{u'u'}\;at\;f_o/f_n=2.0$ has a large value near the centerline, compared with that of other cases. Considering the traces of maximum of u', in the wake region near the cylinder, wake width at the lock-on state is wider than that at the natural shedding state.
Vortex shedding from a circular cylinder is simulated by means of the discrete vortex method. The shear layer emanating from the separation point is approximated as a sheet vortex which is in turn represented by a sequence of discrete vortices. The strength of these vortices is calculated from the vorticity shedding rate and introduced at a small distance off the side ($\Theta=\pm\pi/2$) of the cylinder surface in regular time step. Sheet vortex cutting, rediscretization and replacement of vortex by vortex segment are put to use to enhance stability of the sheet vortex evolution. The simulated vortex distribution pattern very well reproduces structure like the Karman vortex street. However, as for the force coefficients, the qualitative properties are correctly predicted but some more improvements are needed for the quantitative accuracy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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