The flow characteristics of a two-dimensional offset jet issuing parallel to a rough wall is experimentally investigated by using a split film probe with the modified Stock's calibration method. The mean velocity and turbulent stresses profiles in the up and down-stream locations of the wall-attachment regions are measured and compared with those of the smooth wall attaching offset jet cases. It is found that the wall-attachment region on the rough wall is wider than on the smooth wall for the same offset height and the jet speed. The position of the maximum velocity point is farther away from the wall than that for the smooth wall case because of the thick wall boundary layer established by the surface roughness. It is concluded that the roughness of the wall accelerates the relaxation process to a redeveloped plane wall jet and produces a quite different turbulent diffusion behavior especially near the wall from comparing with the smooth plane wall jet turbulence.
Bowen Yan;Kaiyan Xie;Xu Cheng;Chenyan Ma;Xiao Li;Zhitao Yan
Wind and Structures
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제39권2호
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pp.141-161
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2024
Engineering structures often suffer significant damage in the horizontal outflow region of downburst. The wall jet model, which simplifies the simulation device by only modeling the horizontal outflow region of downburst, has been widely employed to study downburst flow characteristics. However, research on downburst wind fields over hilly terrain using the wall jet model is limited, and the relationship between the downburst wind fields generated by wall jet and impinging jet remains unclear. This study investigates the flow characteristics of downburst-like wind over a 3D ideal hill model using wind tunnel tests with the wall jet and impinging jet models. The effects of hill height, slope, shape, and radial position on the speed-up ratio are examined using the wall jet flow. The results indicate that slope and radial position significantly affect the speed-up ratio, while hill height have a slight impact and shape have a minimal impact. Additionally, this study investigates the wind field characteristics over flat terrain using the impinging jet, and investigated the connection between the impinging jet model and the wall jet. Based on this connection, a comparison of the downburst-like flow characteristics over the same 3D ideal hill using the wall jet and impinging jet models is conducted, which further validates the reliability of the wall jet model for studying downburst flow characteristics over hilly terrain.
In the present study, the flow behaviors of square jets surface discharged and submerged discharged into shallow water were each simulated using computational fluid dynamics, and the results were compared. As for the verification of the models, the results of the hydraulic experiment conducted by Sankar, et al. (2009) were used. According to the results of the verification, the present application of computational fluid dynamics to the flow analysis of square jets discharged into shallow water was valid. As for the wall jet, which is one form of submerged discharges, at the bottom wall boundary, the peak velocity of the jet rapidly moved from the center of the jet to the bottom wall boundary due to the restriction of jet entrainment and the no-slip condition of the bottom wall boundary, and, as for the surface discharge, because jet entrainment is limited on the free water surface, the peak velocity of the jet moved from the center of the jet to the free water surface. This is because jet entrainment is restricted at the bottom wall boundary and the surface so that the momentum of the central core of the jet is preserved for considerable time at the bottom wall boundary and the surface. In addition, due to the effect of the bottom wall boundary and the free water surface, the jet discharged into shallow water had a smaller velocity diminution rate near the discharge outlet than did the free jet; at a location where it was so distant from the discharge outlet that the vertical profile of the velocity was nearly equal (b/x =20~30), moreover, it had a far smaller velocity diminution rate than did the free jet due to the effect of the finite depth.
An experimental study of impinging jet-flow structure has been carried out for a fully developed single circular jet impingement cooling on a flat plate, and the effect of the wall thickness at nozzle exit edge is investigated. Impinging jet flow structures have been measured by Laser-Doppler Velocimeter to interpret the heat transfer results presented previously by Yoon et al.(sup)(10) The peaks of heat transfer rate are observed near the nozzle edge owing to the radial acceleration of jet flow when the nozzle locates close to the impingement plate. The growth of the velocity fluctuations in the wall jet flow is induced by the vortices which originate in the jet shear layer, and consequently the radial distribution of local Nusselt numbers has a secondary peak at the certain radial position. As a wall of circular pipe nozzle becomes thicker for small nozzle-to-target distance, the entrainment can be inhibited, consequently, the acceleration of wall jet flow is reduced and the heat transfer rate decreases.
In the present study, capability of improving the liquid atomization of a high-speed liquid jet by using wall impingement is explored, and its application to a jet engine atomize. is demonstrated. Water is injected from a thin nozzle. The liquid jet impinges on a wall positioned close to the nozzle exit, forming a liquid film. The liquid film velocity and the SMD were measured with PDA and LDSA, respectively. It was shown that the SMD of the droplets was determined by the liquid film velocity and impingement angle, regardless of the injection pressure or impingement wall diameter. When the liquid film velocity was smaller than 300m/s, a smaller SMD was obtained, compared with a simple free jet. This wall impingement technique was applied to a conventional air-blasting nozzle for jet engines. A real-size air-blasting burner was installed in a test rig in which three thin holes were made to accommodate liquid injection toward the intermediate ring, as an impingement wall. The air velocity was varied from 41 to 92m/s, and the liquid injection pressure was varied from 0.5 to 7.5 MPa. Combining wall impinging pressure atomization with gas-blasting produces remarkable improvement in atomization, which is contributed by the droplets produced in the pressure atomization mode. Comparison with the previous formulation for conventional gas-blasting atomization is also made, and the effectiveness of utilizing pressure atomization with wall impingement is shown.
Yan, Zhitao;Zhong, Yongli;Cheng, Xu;McIntyre, Rory P.;Savory, Eric
Wind and Structures
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제27권2호
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pp.101-109
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2018
Wall jet flow exists widely in engineering applications, including the simulation of thunderstorm downburst outflows, and has been investigated extensively by both experimental and numerical methods. Most previous studies focused on the scaling laws and self-similarity, while the effect of lip thickness and external stream height on mean velocity has not been examined in detail. The present work is a numerical study, using steady Reynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) simulations at a Reynolds number of $3.5{\times}10^4$, of a turbulent plane wall jet with an external stream to investigate the influence of the wall jet domain on downstream development of the flow. The comparisons of flow characteristics simulated by the Reynolds stress turbulence model closure (Stress-omega, SWRSM) and experimental results indicate that this model may be considered reasonable for simulating the wall jet. The confined wall jet is further analyzed in a parametric study, with the results compared to the experimental data. The results indicate that the height and the width of the wind tunnel and the lip thickness of the jet nozzle have a great effect on the wall jet development. The top plate of the tunnel does not confine the development of the wall jet within 200b of the nozzle when the height of the tunnel is more than 40b (b is the height of jet nozzle). The features of the centerline flow in the mid plane of the 3D numerical model are close to those of the 2D simulated plane wall jet when the width of the tunnel is more than 20b.
The turbulent flow characteristics of impinging jet have been investigated by the hot wire anemometry with a movable impinging wall. Turbulences were generated by the meshed jet as well as the typical round jet and their characteristics were compared, of mean velocity profiles, turbulent intensities. Reynolds stresses, similarities and their centerline flow behaviors. The meshed jet tends to make shear layer wider than the normal one in the initial region and the velocity profiles of the normal jet is rather contractive being compared with those of the meshed one near the wall. The effect of meshed exit appears only within 4D at the begining of jets and the cascading process of the meshed one marches more rapidly than that of the normal jet. The wall effects appear in the downstream of about 0.85 H to the impinging wall for every case of wall positions in both nozzles.
The supersonic impinging jet has been extensively applied to rocket launching system, gas jet cutting control, gas turbine blade cooling, etc. In such applications, wall temperature of an object on which supersonic jet impinges is a very important factor to determine the performance and life of the device. However, wall temperature data of supersonic impinging jets are not enough to data. The present study describes an experimental work to measure the wall temperatures of a vertical flat plate on which supersonic, dual, coaxial jet impinges. An Infrared camera is employed to measure the wall temperature distribution on the impinging plate. The pressure ratio of the jet is varied to obtain the supersonic jets in the range of over-expanded to moderately under-expanded conditions at the exit of coaxial nozzle. The distance between the coaxial nozzle and the flat plate was also varied. The coaxial jet flows are visualized using a Shadow optical method. The results show that the wall temperature distribution of the impinging plate is strongly dependent on the jet pressure ratio and the distance between the nozzle and plate.
In this study, breakwater model which has several outlet pipes to discharge water is settled in the experimental open channel and mean velocity distributions of multi wall jet are measured. The length of zone of flow establishment of wall jet is shorter than that of free jet and decay rate of jet centerline longitudinal velocity along x is linear in $0.3{leq}x/I_p{leq}17$. The rate of vertical width and lateral width spreading of multi wall jet is respectively 0.0753, 0.157.
The purpose of this investigation is to study heat transfer characteristics in wall jet region on a flat plate caused by upward impinging water jet. In the wall jet region, heat transfer results by impinging water jet are being compared with the ones with supplementary water. As the radius increases, the heat transfer coefficient in the wall jet region consquently decreases, but decreasing nozzle-heat plate distance, the reduction rate increases. The experimental equation is expressed as follows : $$\frac{N_{ur}}{P_r^{0.4}}{\cdot}\overline{\xi}=m(\overline{\eta}{\codt}Re{\delta})^n,\;m=0.034\~0.056,\;n=1.74\~2.007$$ The optimum height of supplementary water is obtained to improve heat transfer effect of wall jet region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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