Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.5
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pp.603-609
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1999
The effect of an external acoustic excitation on the wake structure behind a circular cylinder was experimentally investigated. The sound wave was excited in the frequency range of the shear layer instability and two sound pressure levels of 114 and 120dB were used in this study. As a result, the acoustic excitation modified the wake structure by increasing the velocity fluctuation energy without changing the vortex shedding frequency. The acoustic excitation enhanced the vortex shedding process and promoted the shear layer instability. Consequently, the acoustic excitation reduced the length of the vortex formation region and decreased the base pressure. In addition, the vortex strength of vortices was increased and the width of the wake was spread out due to the acoustic excitation. When the excitation frequency was identical to the shear layer instability frequency, the effect of the external flow control on the cylinder wake was maximized. In addition, with increasing the sound pressure level, the effect of the external acoustic excitation on the wake structure increased.
Numerical simulations are carried out for flow over a circular cylinder controlled by the momentum forcing which is generated by a pair of plasma actuators symmetrically mounted on the cylinder surface. A popular and empirical plasma model is used for the spatial distribution of momentum forcing. In this study, we consider two different types of actuation, i.e., steady and unsteady (or pulsed) actuation. In the unsteady actuation, the actuation is turned on and off periodically, its frequency being a control parameter. The objective of this study is to investigate the effects of actuator location and actuation frequency on the flow structures and the forces on the cylinder. Results show that the cylinder wake can be effectively controlled by proper actuator location. For example, when the actuators are located at $120^{\circ}$ from the stagnation point, vortex shedding is completely suppressed with the boundary layer almost fully attached to the surface, resulting in drag reduction and lift elimination.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.25
no.6
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pp.795-801
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2019
The aim of this study was to investigate the possibility of the skin-friction reduction by vortex control. A vortical system such as a horseshoe vortex, a hairpin vortex, and a wake region was induced around a hemisphere attached on a Perspex flat plate in the circulating water channel. Hairpin vortices were developed from the wake region and horseshoe vortices were formed by an adverse pressure gradient in front of the hemisphere. The horseshoe vortices located on the flank of the hemisphere induced a high momentum flow in the wake region by the direction of their vorticity. This process increased the frequency of the hairpin vortices as well as the frictional drag on the surface of the wake region. To reduce the skin-friction drag, suction control in front of the hemisphere was applied through a hole. Flow visualization was performed to optimize the free-stream velocity, size of the hemisphere, and size of the suction hole. Once the wall suction control mitigated the strength of the horseshoe vortex, the energy supplied to the wake region was reduced, causing the frequency of the hairpin vortex generation to decrease by 36.4 %. In addition, the change in the skin-friction drag, which was measured with a dynamometer connected to a plate in the wake region, also decreased by 2.3 %.
Kim, Tae-Ho;Lee, Sang-Chan;Yoon, Bok-Hyun;Kim, Heuy-Dong
Proceedings of the KSME Conference
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2003.11a
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pp.980-985
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2003
The present study addresses a computational work to investigate the influence of a turbulent wake flow on the pressure recovery of a subsonic diffuser. The turbulent wake is generated by a cylinder with a small diameter, which is installed at the inlet of a 2-dimensional diffuser. Computation are applied to three-dimensional steady Navier-Stokes equations. The fully implicit finite volume scheme is used to discretize the governing equations. The computational results are qualitatively well compared to the experimental results. The results show that the pressure recovery of the subsonic diffuser is dependent on the diameter and location of cylinder. It is found that a certain diameter and location of the cylinder to generate the turbulent wake give a better pressure recovery, compared with no cylinder flow.
The offects of a small control rod (d=3mm) located near a main circular cylinder on the drag reduction and wake structure modification were investigated. The location of the small control rod mounted on a rod-like spring is self-adjusting according to the wake structure far optimal control of the flow around the main cylinder. The experiments were carried out at the Reynolds numbers based on the cylinder diameter (D=50mm) in the range $Re_{D}=1{\times}10^4{\~}6{\times}10^4$. Mean velocity and turbulent statistics were measured with varying the angle along the cylinder circumference ${\Theta}=15^{\circ},\;30^{\circ},\;45^{\circ}$ and the distance between the main and control rods L =0.7, 1. Compared with the bare cylinder, the main circular cylinder with the fixed and self-adjusting rods reduced drag coefficient by $10{\%}$ at the angle of ${\Theta}=45^{\circ}$. For the main cylinder with self-adjusting rot as the Reynolds numbers increase, the streamwise mean velocity is increased, however, the turbulence intensity is decreased. In addition, the control rods tested in this study are effective at higher Reynolds number than at lower Reynolds number.
Choi, Sang Il;Choi, Ji Ho;Yu, Soo Jeong;Lim, Min Sung;Oh, Min Ha;Lee, Soo Jung;Kim, Hyeon Mi;Kim, Hui Yang
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.29
no.3
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pp.34-43
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2021
Wake turbulence generated by the lead aircraft has a significant impact on the following aircraft and it is has been considered a key factor to consider whenin determining the longitudinal separation between the aircraft. ICAO classifies aircraft into four wake turbulence categories based on the maximum takeoff weight and provides the longitudinal separation minima for each category. Due to richer measured data and better understanding of physical processes, it is raised that classifying aircraft with only four wake turbulence grades is imprecise and leads to over-separation in many instances. In this regards, much research on a new method of classifying Wake Turbulence Category(Re-CAT) has been done by EURO-CONTROL, FAA, and ICAO. The main purpose of this study is to conduct a comparative analysis of the existing wake turbulence separation standards with Re-CAT in terms of departure capacity and the resulting benefits of Re-CAT using the data from the Incheon International Airport. The results show that EUROCONTROL and new ICAO standards have the greater effect on reducing wake turbulence separation, compared to the FAA RE-CAT standards. It is also concluded that Re-CAT presents different results of wake turbulence separation depending on the flight characteristics of each airport.
In the present study, we experimentally investigated the flow around a circular cylinder with axially arranged holes (AAH). The wind-tunnel experiment was performed at Re = 3.2 × 104 while varying the angle of attack (α) from 0° to 90°. At low α, the passive jet from the AAH pushes near wake to the downstream, increasing the wake formation length. On the other hand, at high α, blowing and suction through AAH occurs alternatively, rather decreasing the wake formation length. The passive jet generated by AAH can effectively control not only the wake where AAH is located, but also the wake between holes. As a result, the AAH reduce the drag on the cylinder up to 23.8% at low α but rather increase the drag at high α, as compared to that on a smooth cylinder.
Aerodynamic effects, such as drag force and flow-induced vibration (FIV), on civil engineering structures can be minimized by optimally modifying the structure shape. This work investigates the turbulent wake of a square prism with its faces modified into a sinusoidal wave along the spanwise direction using three-dimensional large eddy simulation (LES) and particle image velocimetry (PIV) techniques at Reynolds number $Re_{Dm}$ = 16,500-22,000, based on the nominal width ($D_m$) of the prism and free-stream velocity ($U_{\infty}$). Two arrangements are considered: (i) the top and bottom faces of the prism are shaped into the sinusoidal waves (termed as WSP-A), and (ii) the front and rear faces are modified into the sinusoidal waves (WSP-B). The sinusoidal waves have a wavelength of $6D_m$ and an amplitude of $0.15D_m$. It has been found that the wavy faces lead to more three-dimensional free shear layers in the near wake than the flat faces (smooth square prism). As a result, the roll-up of shear layers is postponed. Furthermore, the near-wake vortical structures exhibit dominant periodic variations along the spanwise direction; the minimum (i.e., saddle) and maximum (i.e., node) cross-sections of the modified prisms have narrow and wide wakes, respectively. The wake recirculation bubble of the modified prism is wider and longer, compared with its smooth counterpart, thus resulting in a significant drag reduction and fluctuating lift suppression (up to 8.7% and 78.2%, respectively, for the case of WSP-A). Multiple dominant frequencies of vortex shedding, which are distinct from that of the smooth prism, are detected in the near wake of the wavy prisms. The present study may shed light on the understanding of the underlying physical mechanisms of FIV control, in terms of passive modification of the bluff-body shape.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.9
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pp.1234-1240
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2002
A new feedback control law is proposed and tested for suppressing the vortex shedding from a circular cylinder in a uniform flow. The lift coefficient ( $C_{L}$) is employed as a feedback control signal and the control forcing is given by a rotational oscillation of the cylinder. The influence of the feedback transfer function on the $C_{L}$ reduction is examined. The main rationale of the feedback control is that a feedback control forcing is imposed at a phase which is located outside the range of lock-on. By applying the feedback control law, $C_{L}$ is reduced significantly. Furthermore, the reduction mechanism of $C_{L}$ is analyzed by showing the vortex formation modes with respect to the forcing phase.e.ase.e.
Plasma melatonin, thyroid-stimulating hormone (TSH) and body temperature were measured simultaneously and continuously before and after the sleep-wake cycle was shifted in 4 healthy males and changes in the circadian rhythm itself and in the phase relationship among these circadian rhythms were determined. Normal sleep-wake cycle (sleep hours: 2300-0700) was delayed by 10 h (sleep hours: 0900-1700) during the experiment. Even after this shift the typical melatonin rhythm was maintained: low during daytime and high during night. The melatonin rhythm was gradually delayed day by day. The TSH rhythm was also maintained fundamentally during 3 consecutive days of altered sleep-wake cycle. The phase was also delayed gradually but remarkably. The daily rhythm of body temperature was changed by the alteration of sleep-wake cycle. The body temperature began to decrease at the similar clock time as in the control but the decline during night awake period was less steep and the lowered body temperature persisted during sleep. The hormonal profiles during the days of shifted sleep/wake cycle suggest that plasma melatonin and TSH rhythms are basically regulated by an endogenous biological clock. The parallel phase shift of melatonin and TSH upon the change in sleep-wake cycle suggests that a common unitary pacemaker probably regulates these two rhythms. The reversal phase relationship between body temperature and melatonin suggests that melatonin may have a hypothermic effect on body temperature. The altered body temperature rhythm suggests that the awake status during night may inhibit the circadian decrease in body temperature and that sleep sustains the lowered body temperature. It is probable but uncertain that there ave causal relationships among sleep, melatonin, TSH, and body temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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