International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.9
no.1
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pp.95-106
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2016
A method of optimization design for the blade profile of a centrifugal impeller by controlling velocity distribution is presented, and a plenum fan is successfully designed. This method is based on the inner flow calculation inside the centrifugal impeller, and is related to the distribution of relative velocity. The results show that after optimization, the boundary layer separation on the suction surface has been inhibited and the stability of plenum fan is improved. The flow at the impeller outlet is also studied, and the jet-wake pattern at the impeller outlet is improved obviously by optimization. The calculation result shows that the static pressure and static pressure efficiency can be increased by 15.4% and 21.4% respectively.
Maeda, Takao;Kamada, Yasunari;Okada, Naohiro;Suzuki, Jun
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.4
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pp.360-368
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2010
This paper describes the flow field and the blade pressure distribution of a horizontal axis wind turbine in various yawed flow conditions. These measurements were carried out with 2.4m-diameter rotor with pressure sensors and a 2-dimensional laser Doppler velocimeter for each azimuth angle in a wind tunnel. The results show that aerodynamic forces of the blade based on the pressure measurements change according to the local angle of attack during rotation. Therefore the wake of the yawed rotor becomes asymmetric for the rotor axis. Furthermore, the relations between aerodynamic forces and azimuth angles change according to tip speed ratio. By the experimental analysis, the flow field and the aerodynamic forces for each azimuth angle in yawed flow condition were clarified.
The purpose of the present study is to investigate the microstructural effect on the R-curve behavior in three aluminas with different grain size distributions by analyzing the bridging stress distribution. The crack opening displacement (COD) according to the distance behind the stationary crack tip was measured using an in situ SEM fracture method. The measured COD values in the fine-grained alumina agreed well with Wiederhorn's sollution while they deviated from Wiederhorn's solution in the two coarse-grained aluminas because of the increase of the crack closure due to the grain interface bridging in the crack wake. A numerical fitting procedure was conducted by the introduction of the power-law relation and the current theoretical model together with the measured COD's in order to obtain the bridging stress distribution. The results indicated that the bridging stress function and the R-curve computed by the current model were consistent with those computed by the power-law relation providing a reliable evidence for the bridging stress analysis of the current model. The strain-softening exponent in the power-law relation n, was calculated to be in the range from 2 to 3 and was closely related to the grain size distribution. Thus it was concluded from the current theoretical model that the grain size distribution affected greatly the bridging stress distribution thereby resulting in the quantitative analysis of microfracture of polycrystalline aluminas through correlating the local-fracture-cont-rolling microstructure.
Kim, Chang-Joo;Kim, Sang Ho;Park, TaeSan;Park, Soo Hyung;Lee, Jae Woo;Ko, Joon Soo
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.15
no.4
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pp.356-365
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2014
This paper is the second in a series and aims to build a high-fidelity mathematical model for a propeller-driven airplane using the propeller's aerodynamics and inertial models, as developed in the first paper. It focuses on aerodynamic models for the fuselage, the main wing, and the stabilizers under the influence of the wake trailed from the propeller. For this, application of the vortex lattice method is proposed to reflect the propeller's wake effect on those aerodynamic surfaces. By considering the maneuvering flight states and the flow field generated by the propeller wake, the induced velocity at any point on the aerodynamic surfaces can be computed for general flight conditions. Thus, strip theory is well suited to predict the distribution of air loads over wing components and the viscous flow effect can be duly considered using the 2D aerodynamic coefficients for the airfoils used in each wing. These approaches are implemented in building a high-fidelity mathematical model for a propeller-driven airplane. Flight dynamic analysis modules for the trim, linearization, and simulation analyses were developed using the proposed techniques. The flight test results for a series of maneuvering flights with a scaled model were used for comparison with those obtained using the flight dynamics analysis modules to validate the usefulness of the present approaches. The resulting good correlations between the two data sets demonstrate that the flight characteristics of the propeller-driven airplane can be analyzed effectively through the integrated framework with the propeller and airframe aerodynamic models proposed in this study.
Wake-induced aerodynamics of yawed circular cylinders with smooth and grooved surfaces in a tandem arrangement was studied. This pair of cylinders represent sections of stay-cables with smooth surfaces and high-voltage power conductors with grooved surfaces that are vulnerable to flow-induced structural failure. The study provides some insight for a better understanding of wake-induced loads and galloping problem of bundled cables. All experiments in this study were conducted using a pair of stationary section models of circular cylinders in a wind tunnel subjected to uniform and smooth flow. The aerodynamic force coefficients and vortex-shedding frequency of the downstream model were extracted from the surface pressure distribution. For measurement, polished aluminum tubes were used as smooth cables; and hollow tubes with a helically grooved surface were used as power conductors. The aerodynamic properties of the downstream model were captured at wind speeds of about 6-23 m/s (Reynolds number of 5×104 to 2.67×105 for smooth cable and 2×104 to 1.01×105 for grooved cable) and yaw angles ranging from 0° to 45° while the upstream model was fixed at the various spacing between the two model cylinders. The results showed that the Strouhal number of yawed cable is less than the non-yawed case at a given Reynolds number, and its value is smaller than the Strouhal number of a single cable. Additionally, compared to the single smooth cable, it was observed that there was a reduction of drag coefficient of the downstream model, but no change in a drag coefficient of the downstream grooved case in the range of Reynolds number in this study.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.3
s.108
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pp.291-297
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2006
The BVI(blade vortex interaction) noise Prediction has been one of the most challenging acoustic analyses in helicopter aeromechanical Phenomenon. It is well known high resolution airloads data with accurate tip vortex positions are necessary for the accurate prediction of this phenomenon. The truly unsteady time-marching free-wake method, which is able to capture the tip vortices instability in hover and axial flights, is expanded with the rotor flapping motion and trim routine to predict unsteady airloads in forward and descent flights. And Farassat formulation 1-A based on the FW-H equation is applied for the noise prediction considering the blade flapping motion. Main objective of this study is to validate the newly developed prediction code. To achieve the objective, the descent flight condition of AH-1 OLS(operational loads survey) configuration is analyzed using present code. The predicted sectional thrust distribution and sectional airloads time histories show the present scheme is able to capture well the unsteady airloads caused by a parallel BVI. Finally, the predicted noise data, observed in two different positions where are 3.44 times of rotor radius far from the hub center, are quite reasonable agreements with the experimental data compared to the other analysis results.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.44
no.6
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pp.551-563
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2007
Numerical analysis for flow characteristics of a twin skeg container ship was carried out according to skeg vertical angles($0^{\circ}$, $10^{\circ}$, $20^{\circ}$) and skeg distances(16m, 20m, 24m) by using a commercial CFD code, FLUENT. Computed: pressure distributions, wake distributions and resistance coefficients have been compared with experimental and WAVIS results carried out by MOERI. Flow characteristics from numerical analysis such as nominal wake fractions, wake distribution and directions of the transverse vectors give good agreement with WAVIS results, even though there are quantitative discrepancy comparing with experimental measurements at the propeller plane. It is found that the better resistance performance can be obtained with the increase of the skeg vertical angle and the decrease of the skeg distance, which are mainly caused by viscous pressure resistance due to the skeg form and pressure recovery around the skeg. In addition, a vertical angle of the skeg gives more effect to the resistance coefficient comparing with the skeg distance. On the basis of results of the present study, it shows that numerical analysis using the commercial code, FLUENT, is useful and efficient tool for the evaluation of the complex stern hull form with twin-skegs.
The purpose of this 3-D numerical simulation is evaluate the application of a commercial CFD code to predict 3-D flow characteristics of wind turbine. The experimental approach, which has been main method of investigation, appears to be its limits, the cost increasing disproportionally with the size of the wind turbines, and is hence mostly limited to observing the phenomena. Hence, the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques and Wavier-Stokes solvers are considered a very serious contender. The flow solver CFX-TASCflow is employed in all computations presented in this paper. The 3-D flow separation and the wake distribution of 2 bladed Horizontal Axis Wind Turbines (HAWTs) are compared to Heuristic model and visualized result by NREL(National Renewable Energy Laboratory). Simulated 3-D flow separation structure on the rotor blade is very similar to Heuristic model and the wake structure of the wind turbine is good agree with visualized results.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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