The effects of nonequilibrium condensation on the shock boundary layer interaction over a transonic bump model were investigated experimentally and numerically. An experiment was conducted using a supersonic indraft wind tunnel. A droplet growth equation was incorporated into two-dimensional Navier-Stokes equation systems. Computations were carried out using a third-order MUSCL type TVD finite-difference scheme with a second-order fractional time step. Computations compared with the experimental results. Nonequilibirum condensation suppressed the boundary layer separation and the pressure fluctuations due to the shock boundary layer interaction. Especially the nonequilibrium condensation was helpful to suppress the high frequency components of the pressure fluctuations.
An experimental study providing additional knowledge of quasi-conical symmetry in swept shock wave/turbulent boundary-layer interactions is described. When a turbulent boundary layer on the flat plate is subjected to interact with a swept planar shock wave, the interaction flowfield far from fin leading edge has a nature of conical symmetry, which topological features of the interaction flow appear to emanate from a virtual conical origin. Surface streakline patterns obtained from the kerosene-lampblack tracings have been utilized to obtain representative surface features of the flow, including the location of the virtual conical origin. The scaling law for the sharp-fin interactions suggested by previous investigators has been reexamined for different freestream Mach numbers. It is noticed that the scaling law reasonably agrees with the present experimental data, however, that the law is not appropriate to estimate the location of the virtual conical origin. Further knowledge of the correlation for the virtual conical origin has thus been proposed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.7
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pp.481-487
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2017
The interaction between a shock wave and a boundary layer causes boundary layer separation, shock train, and in some cases, strong unsteadiness in the flow field. Such a situation is also observed in a shock tube, where the reflected shock wave interacts with the unsteady boundary layer. However, only a few studies have been conducted to investigate the shock train phenomenon in a shock tube. In the present study, numerical studies were conducted using the two-dimensional axisymmetric domain of a shock tube, and compressible Navier-Stokes equations were solved to clarify the flow characteristics of shock train phenomenon inside a shock tube. A detailed wave diagram was developed based on the present computational results, which were validated with existing experimental data.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.14
no.3
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pp.219-228
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1998
In the present investigation, a numerical model developed for the prediction of the wind flow over complex terrain is validated by comparing with the field experiments. For the solution of the Reynolds - Averaged Clavier- stokes equations which are the governing equations of the microscale atmospheric flow, the model is constructed based on the finite-volume formulation and the SIMPLEC pressure-correction algorithm for the hydrodynamic computation. The boundary- fitted coordinate system is employed for the detailed depiction of topography. The boundary conditions and the modified turbulence constants suitable for an atmospheric boundary- layer are applied together with the k- s turbulence model. The full- scale experiments of Cooper's Ridge, Kettles Hill and Askervein Hill are chosen as the validation cases . Comparisons of the mean flow field between the field measurements and the predicted results show good agreement. In the simulation of the wind flow over Askervein Hill , the numerical model predicts the three dimensional flow separation in the downslope of the hill including the blockage effect due to neighboring hills . Such a flow behavior has not been simulated by the theoretical predictions. Therefore, the present model may offer the most accurate prediction of flow behavior in the leeside of the hill among the existing theoretical and numerical predictions.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.45
no.5
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pp.367-375
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2017
RANS computational analysis was performed on the head of the launch vehicle including the hammerhead nose pairing in the supersonic regime. The two-dimensional axisymmetric analysis was performed by using laminar, fully turbulent and transition models and compared with the experimental data. It was observed that different flow phenomena occurred depending on the Reynolds number. Under the high Reynolds number condition, the boundary layer becomes turbulent, which is not separated from the surface of the launch vehicle. With the low Reynolds number condition, laminar separation bubble was produced due to the separation and reattachment of the boundary layer on the expansion-compression edge of the hammerhead type nose fairing. The three-dimensional computations with the angle of attack showed a fully detached vortical structure due to the laminar separation bubble. It is proved that the turbulent transition should be considered to predict the separation bubble with the Reynolds number.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.5
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pp.567-576
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1999
An experimental study has been conducted to investigate the effects of the free stream turbulence intensity and Reynolds number on the heat transfer and flow characteristics In the linear turbine cascade. Profiles of the time-averaged velocity, turbulence intensity, and Reynolds stress were measured in the turbine cascade passage. The static pressure and heat transfer distributions on the blade suction and pressure surfaces were also measured. The experiments were made for the Reynolds number based on the chord length, Rec = $2.2{\times}10^4$ to $1.1{\times}10^5$ and the free stream turbulence intensity, $FSTI_1$ = 0.6% to 9.1 %. The uniform heat flux boundary condition on the blade surface was created using the gold film Intrex and the surface temperature was measured by liquid crystal, while hot wire probes were used for the flow measurements. The results show that the free stream turbulence promotes the boundary layer development and delays the flow separation point on the suction surface. It was found that the boundary layer flows on the suction surface for all Reynolds numbers tested with $FSTI_1$ = 0.6% are laminar. It was also found that the heat transfer coefficient on the blade surface increases as the free stream turbulence intensity increases and the flow separation point moves downstream with an increasing Reynolds number. The results of skin friction coefficients are in good agreement with the heat transfer results in that for $FSTI_1{\geq}2.6%$, the turbulent boundary layer separation occurs.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.7
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pp.939-947
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1997
An experimental study of the skin friction measurement in a turbulent boundary-layer has been carried out. The skin friction measurements are made using the laser interferometer skin friction (LISF) meter, which optically detects the rate of thinning of an oil applied to the test surface. This technique produces reliable skin friction data over a wide range of flow situations up to 3-dimensional complicated flows with separation, where traditional skin friction measurement techniques are not applicable. The present measured data in a turbulent boundary-layer on a flat plate using the LISF technique shows a good comparison with the result from the previous velocity profile techniques, which proves the validity of the present technique. An extensive error analysis is carried out for the present technique yielding an uncertainty of about .+-.8%, which makes them suitable for CFD code validation purposes. Finally the measurements of the skin friction in a separated region after a surface-mounted obstacle are also presented.
Several previous works on rocket nozzle flows have revealed the existence of the transition from FSS to RSS and the occurrence of asymmetric flow associated with the boundary layer separation, which can cause excessive side-loads of the propulsion system. Thus, it is of practical importance to investigate the asymmetric flow behaviors of the propulsion nozzle and to develop its control method. In the present study, the asymmetric flow control method using a cavity system was applied to supersonic nozzle flow. Time-dependent asymmetric flow was experimentally investigated with the rate of change of the nozzle pressure ratio. The results obtained showed that the cavity system installed on nozzle wall would be helpful in fixing the unsteady motions of the boundary layer separation, consequently reducing the possibility of the occurrence of the asymmetric flow.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.12
no.4
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pp.459-472
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1996
An experimental investigation on the wind flow over smooth bell-shaped two-dimensional hills with hill slopes (the ratio of height to half width) of 0.3 and 0.5 is performed in an atmospheric boundary-layer wind tunnel. Two categories of the models are used in the present investigation; six two-dimensional single-hills, and four continuous double-hills. The measurements of the flow field and surface static-pressure distribution are carried out over the Reynolds number (based on the hill height) of 1.9 $\times 10^4, 3.3 \times 10^4, and 5.6 \times 10^4$. The velocity profiles and turbulence characteristics are measured by the pitot-tube and X-type hot-wire anemometer, respectively. The undisturbed boundary-layer profile on the bottom surface of the wind tunnel is reasonably consistent with the power-law profile with $\alpha = 7.0 (1/\alpha$ is the power-law exponent) and shows good spanwise uniformities. The profiles of turbulent intensity are found to be consistent along the centerline of the wind tunnel. The measured non-dimensional speed-up profiles at the hill crest show good agreements with the predictions of Jackson and Hunt's linear theory. The flow separation occurs in the hill slope of 0.5, and the oil-ink dot method is used to find the reattachment points in the leeside of the hill. The measured reattachment points are compared with the numerical predictions. Comparisons of the mean velocity profiles and surface pressure distributions between the numerical predictions and the experimental results show good agreements.
The interaction patterns between shock wave and boundary layer in a rocket nozzle are mainly classified into two categories, FSS(Free Shock Separation) and RSS(Restricted Shock Separation), both of which are associated with the thrust characteristics as well as side loads of the engine. According to the previous investigations, strong side loads of the engine are produced during the period of transition from FSS to RSS or vice versa. The present work aims at investigating the unsteady behavior of the separation shock waves in a two-dimensional supersonic nozzle, using experimental method and CFD. Schlieren optical method was employed to visualize the time-mean and time-dependent shock motions in the nozzle. The unsteady, compressible N-S equations with SST K-$\omega$ turbulence closure were solved using a fully implicit finite volume scheme. The results obtained show the separation shock motions during the transition of the interaction pattern.
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