Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.4
s.247
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pp.298-305
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2006
The flow around a circular cylinder which oscillates rotationally with a relatively high forcing frequency has been investigated experimentally using flow visualization and hot-wire measurements. Dominant parameters are Reynolds number (Re), oscillation amplitude $({\theta}_A)$, and frequency ratio $F_R=f_f/f_n$, where $f_f$ is the forcing frequency and $f_n$ is the natural frequency of vortex shedding. Experiments were carried out under the conditions of $Re=4.14{\times}10^3,\;{\theta}_A={\pi}/6$, and $0{\leq}F_R{\leq}2$. The effect of frequency ratio $F_R$ on the flow structure of wake was evaluated by measuring wake velocity profile and spectral analysis of hot-wire signal. Depending on the frequency ratio $F_R$, the cylinder wake has 5 different flow regimes. The vortex formation length and vortex shedding frequency are changed significantly before and after the lock-on regime. The drag coefficient was reduced under the condition of $F_R<1.0$ and the maximum drag reduction is about 33% at $F_R=0.8$. However, the drag is increased as $F_R$ increases beyond $F_R=1.0$. This active flow control method can be effective in aerodynamic applications, if the forcing parameters are selected optimally.
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.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.48
no.2
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pp.128-133
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2011
In the present study, the flow fields in between the propeller and the semi-spade rudder are investigated by using PIV technique to find out the influences of both simulated hull wake and propeller wake on the incident flow to the rudder. The velocity fields are measured at the propeller rotation angle of $180^{\circ}$ and the rudder deflection angles of $0^{\circ}$. Flow fields measured at each rudder deflection angle are analyzed in terms of angle-of-attack against the rudder leading edge. The hull wake increases the angle-of-attack more than that in the uniform inflow condition, forming the angle-of-attack of about $20^{\circ}$ at 0.7R(R=propeller radius) position. The distribution of the angle-of-attack is strongly affected by the stagnation point around the leading edge and camber effect of the rudder. These effects provide asymmetric distribution of angle-of-attack with respect to the leading edge of the rudder.
A numerical simulation on the wake flow of a wind turbine which is a scaled version of a multi-megawatt wind turbine has been performed. Two different inlet conditions of averaged wind speed including one below and one above the rated wind speed were used in the simulation. Steady-state pitch angles of the blade associated with the two averaged wind speeds were imposed for the simulation. The steady state analysis based on the Reynolds averaged Navier-Stokes equations with the method of frame motion were used for the simulation to find the torque of the rotor and the wake field behind the wind turbine. The simulation results were compared with the results obtained from the wind tunnel testing. From comparisons, it was found that the simulation results on the turbine power are pretty close to the experimental values. Also, the wake results were relatively close to the experimental results but there existed some discrepancy in the shape of velocity deficit. The reason for the discrepancy is considered due to the steady state solution with the frame motion method used in the simulation. However, the method is considered useful for solutions with much reduced calculation time and reasonably good accuracy compared to the transient analysis.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.8
s.227
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pp.953-960
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2004
In this study, the effects of freestream turbulence intensity on laminar-turbulent transition of separated shear layers in the wake of a circular cylinder are investigated using an immersed boundary method and LES. It is shown that the present numerical results without freestream turbulence for Re=3,900 based on bulk mean velocity and the cylinder diameter are in good agreement with other authors' experimental observations and numerical results, verifying our numerical methodology. Then a 'prescribed power spectrum' method is imposed to generate isotropic turbulence at the inlet of the computational domain at each time step. The principal effects of freestream turbulence intensity on flow statistics are investigated for Re=3,900. Statistical study reveals that the Reynolds stresses in the near-wake region gradually increase, and transition occurs further upstream, as the turbulence intensity increases. On the other hand, the bubble size behind the cylinder decreases as the turbulence intensity increases, which indicates that the freestream turbulence helps mean velocity be quickly recovered.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.12
no.3
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pp.53-62
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1990
A wind tunnel experiment for the flow around a 1/5 scale passenger vehicle model has been carried out. A 5-hole Pitot tube is used for measuring velocity distributions around the model and a scanivalve with 48 ports is used for measuring surface pressure distribution at various Reynolds numbers. In order to observe the flow on the surface and in the wake region, a flow visualization experiment has been performed using wool tuft with and without paper cones. In addition, a 2-dimensional viscous calculation considering only the mid-plane section of the model has been performed. A complex wake structure in the immediate rear of the model has been confirmed. The distributions of the surface pressure coefficient are not sensitively dependent on the Reynolds Number. In the first half of the model, they do not seem to vary form section to section. However, in the second half, they do vary from section to section, especially at the bottom surface, which indicates that the cross flow vortex is more affected by the bottom surface than the top surface. The qualitative agreement of the measured and calculated velocity field also explains the usefulness of the 2-dimensional calculation in the limited sense.
Park, Ji-Yong;Kim, Soo-Hyeon;Bae, Joong-Hun;Park, No-Ma;Yoo, Jung-Yul
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.9
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pp.780-789
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2007
Lock-on phenomenon in the wake of a circular cylinder is investigated at the Reynolds number of 360 using direct numerical simulation (DNS). To induce lock-on, a streamwise velocity perturbation with a frequency of twice the natural shedding frequency is superimposed on the free stream velocity. The Reynolds stress distributions are investigated to analyze the streamwise force balance acting on the recirculation region and the results are compared with the previous experimental result. When the lock-on occurs, the pressure force on the recirculation region is shown to increase mainly due to the reversal of the Reynolds shear stress distribution, which is consistent with our previous results using PIV measurement. It is also shown that, with the lock-on, the strength of the primary vortices increases whereas that of the secondary vortices decreases significantly. Further, under the lock-on condition the wavelength of the secondary vortices increases by as much as 2.5 times.
Karn, Ashish;Ellis, Christopher R;Milliren, Christopher;Hong, Jiarong;Scott, David;Arndt, Roger EA;Gulliver, John S
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.8
no.2
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pp.73-84
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2015
Aerating hydroturbines have recently been proposed as an effective way to mitigate the problem of low dissolved oxygen in the discharge of hydroelectric power plants. The design of such a hydroturbine requires a precise understanding of the dependence of the generated bubble size distribution upon the operating conditions (viz. liquid velocity, air ventilation rate, hydrofoil configuration, etc.) and the consequent rise in dissolved oxygen in the downstream water. The purpose of the current research is to investigate the effect of location of air injection on the resulting bubble size distribution, thus leading to a quantitative analysis of aeration statistics and capabilities for two turbine blade hydrofoil designs. The two blade designs differed in their location of air injection. Extensive sets of experiments were conducted by varying the liquid velocity, aeration rate and the hydrofoil angle of attack, to characterize the resulting bubble size distribution. Using a shadow imaging technique to capture the bubble images in the wake and an in-house developed image analysis algorithm, it was found that the hydrofoil with leading edge ventilation produced smaller size bubbles as compared to the hydrofoil being ventilated at the trailing edge.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.11
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pp.1476-1482
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2001
Turbulent boundary layer over a flat plate was disturbed by installing an elliptic cylinder with an axis ratio of AR=2. For comparison, the same experiment was carried out for a circular cylinder having the same vertical height. The surface pressure and the heat transfer coefficient on the flat plate were measured with varying the gap distance between the elliptic cylinder and the flat plate. The mean velocity and the turbulent intensity profile of the streamwise velocity component were measured using a hot-wire anemometry. As a result, the flow structure and the local heat transfer rate were modified by the interaction between the cylinder wake and the turbulent boundary layer as a function of the critical gap ratio where the regular vortices start to shed. For the elliptic cylinder, the critical gap ratio is increased and the surface pressure on the flat plate is recovered rapidly at downstream location, compared with the equivalent circular cylinder. The maximum heat transfer rate occurs at the gap ratio of G/B = 0.5, where the flow interaction between the lower shear layer of the cylinder wake and the turbulent boundary layer is strong.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.37
no.7
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pp.615-626
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2009
The objective of this study is to investigate the interference effects due to tandem rotor's overlap in the forward flight. To resolve the instabilities caused by close proximity of the wake to the blade surface, the field velocity approach is implemented to the existing unsteady panel code coupled with a time-marching free wake model. The modified code is then used to investigate the effects of the selected parameters on the forward flight performance of the tandem rotor. The calculated results for rotor separation effect indicate that stagger(d/D) appears to have little effects on the forward flight performance at high advance ratio and the square of gap(H/D) is inversely proportional to overlap induced power factor. In addition, it is also shown that the overlap induced power factor increases to a certain extent and decrease back as the advance ratio increases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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