Bifurcation of unstable symmetric flow patterns to stable asymmetric ones in laminar sudden-expansion flow has been numerically investigated. Computations were carried out for an expansion ratio of 3 and over a range of the flow Reynolds numbers by using numerical methods of second-order time accuracy and a fractional-step method that guarantees divergence-free flowfields at all times. The critical Reynolds number above which bifurcation of pitchfork type to asymmetric flow pattern takes place is lower in a flow with a higher expansion ratio, in agreement with the previously reported results. The bifurcation diagrams show that the bifurcation takes place at a Reynolds number, $Re_c = 86.3$, higher than the value that has been reported. The lower critical Reynolds number may be due to deficiencies in their computations which employed SIMPLE-type relaxation methods rather than the initial-value approach of the present study. Characteristics of the flow development during the transition to asymmetric stable flow have been investigated by using spectral analysis of the velocity signals obtained by the simulations.
To set the similarity conditions between a prototype usually in the field and its reduced-scale model is a crucial part in model tests. No technique is available to keep perfect similarity for this procedure so far. The experimental work using a wind tunnel is not exceptional. based on the field measurements, the effect of stack parameters and wind conditions on the dispersion of stack plume has been investigated in the laboratory. in this paper intensive methodology is focused on matching these similarities. Due to the limitations to keep perfect similarity conditions some simplifications are involved in common. In this study geometric conditions and kinematic conditions using Froude number and Reynolds number have been con-sidered to keep the similarity conditions required. From the tests it is found that the critical Reynolds number (Recrit) is 2,700 when the height of stack discharge is 50mm. The dispersion has a similar trend for the higher Reynolds number than the critical Reynolds number. It is also found that different Froude number does not make any significant influence for the normalized tracer gas concentrations at the recipient providing the same ratio of the wind speed to the discharge speed. No significant effect of stack diameter is observed in the normalized tracer gas concentrations with the same Frounde number. The similarity conditions therefore used in this study are reliable to simulate the conditions in prototype into the wind tunnel tests.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제4권2호
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pp.229-234
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2011
For Lift-type Vertical Axis Wind Turbine (VAWT), it is difficult to evaluate the performance through the scale-model wind tunnel tests, because of the scale effect relating to Reynolds number. However, it is beneficial to figure out the critical value of Reynolds number or minimum size of the Lift-type VAWT, when designing this type of micro wind turbine. Therefore, in this study, the performance of several scale-models of Lift-type VAWT (Reynolds number : $1.5{\times}10^4$ to $4.6{\times}10^4$) was investigated. As a result, the Reynolds number effect depends on the blade chord rather than the inlet velocity. In addition, there was a transition point of the Reynolds number to change the dominant driving force from Drag to Lift.
Flow fields in two-dimensional plane channels with thin obstacles("baffles and blocks") mounted symmetrically in the vertical direction and periodically in the streamwise direction are studied numerically to understand how various geometric conditions influence the critical Reynolds number and pressure drop. Changing BR(the ratio of channel to baffle interval) from 1:1 to 1.5, we computed the critical Reynolds number and pressure drop. Especially when BR is 1:3, at which the critical Reynolds number turned out to be minimal, we added blocks in the geometry in order to study their destabiliting effects on the flows.
Experimental studies were performed to determine the characteristics of flow structure and pressure drop in 15 : 1 scale models of multi-louvered fin heat exchanger in a wide range of variables($L_P/F_P=0.5{\sim}1.23$, ${\theta}=27^{\circ}{\sim}37^{\circ}$, $Re_{LP}=50{\sim}2000$). Flow structure inside the louvered fin was analyzed by smoketube method and new correlations on flow efficiency and drag coefficient were suggested. The new definition for flow efficiency, which modifies the existing flow efficiency, can predict the flow efficiency in the range above mentioned and is represented as a function of Reynolds number, louver pitch to fin pitch ratio, louver angle at low Reynolds number. Drag coefficient which is defined here is a function of Reynolds number, louver pitch to fin pitch ratio, louver angle below critical Reynolds number, and can be represented by a function of louver pitch to fin pitch ratio only above the critical Reynolds number.
The heat transfer and pressure drop characteristics of heat exchangers with louver fins were experimentally investigated. The samples had small fin pitches (1.0 mm to 1.4 mm), and experiments were conducted up to a very low frontal air velocity (as low as 0.3 m/s). At a certain Reynolds number (critical Reynolds number), the flattening of the heat transfer coefficient curve was observed. The critical Reynolds number was insensitive to the louver angle, and decreased as the louver pitch to fin pitch ratio (L$_{p}$F$_{p}$) decreased. Existing correlations on the critical Reynolds number did not adequately predict the data. It is suggested that, for proper assessment of the heat transfer behavior, the louver pattern in addition to the flow characterization need to be considered. The heat transfer coefficient increased as the fin pitch decreased. At low Reynolds numbers, however, the trend was reversed. Possible explanation is provided considering the louver pattern between neighboring fins. Different from the heat transfer coefficient, the friction factor did not show the flattening characteristic. The reason may be attributed to the form drag by louvers, which offsets the decreased skin friction at a low Reynolds number. The friction factor increased as the fin pitch decreased and the louver angle increased. A new correlation predicted 92% of the heat transfer coefficient and 90% of the friction factor within $\pm$10%.10%.
In this paper, the fluid dynamic forces and performances of a moving airfoil in the low Reynolds number flow is addressed. In order to calculate the necessary propulsive force for the moving airfoil in a low Reynolds number flow, a lattice-Boltzmann method is used. The critical Reynolds and Strouhal numbers for the thrust generation are investigated for the four propulsion types. It was found that the Normal P&D type produces the largest thrust with highest efficiency among the investigated types. The leading edge of the airfoil has an effect of deciding the force production types, whereas the trailing edge of the airfoil plays an important role in augmenting or reducing the instability produced by the leading edge oscillation. It is believed that present results can be used to decide the optimal propulsion devices for the given Reynolds number flow.
The measurement of breakup length of viscous liquid jet in stagnant air was conducted by a 3CCD digital video camera. The nozzle diameters of 4, 6, 8mm with L/d=50 were selected and the dynamic viscosity of viscous liquid made of glycerine and water was in the range of $1.061\times10^{-6}m^2/s$ to $4.935\times10^{-5}m^2/s$. The critical velocity is decreased and the breakup length is increased with the increase of nozzle diameter at the same dynamic viscosity of liquid. At the same nozzle diameter, the breakup length and the critical velocity are both increased with the increase of dynamic viscosity of liquid. It is found in the theoretical analysis that the initial disturbance level is the main cause of occurrance of critical Reynolds number in the stability curve. The comparison of experimental critical Reynolds number and the empirical correlation by Tanasawa and Toyota reveals the relatively good agreement.
단열을 통한 유체의 유동은 선형유동이 우세하다는 가정아래 Navier-Stokes 방정식에서 유도된 Stokes 방정식, Reynolds 식(또는 local cubic law), cubic law 와 같은 방정식을 이용하여 해석되고 있다. 하지만 이러한 방정식은 선형 흐름에 국한되며, 비선형 유동영역에 적용하게 되면 오류가 발생한다. 본 연구에서는 레이저 계측기를 이용하여 정밀하게 측정한 3차원 단열 자료와 Navier-Stokes 방정식과 Stokes 방정식을 지배방정식으로 한 수치모델링을 수행함으로써 비선형 유동이 일어나는 현상과 임계 레이놀즈수를 제시하였다. 레이놀즈수가 10이상이 되면 유속의 제곱에 비례하는 관성력이 점성력을 충분히 압도할 정도로 커지면서 지하수 유동이 선형영역에서 비선형 유동영역으로 전환되는 것으로 분석되었다. 이는 평균 간극과 거친 정도가 다른 두 단열에서 모두 동일하게 나타났다. 비선형 유동의 발생기작은 소용돌이 구조의 발생과 성장에 의한 것으로 알려져 있지만, 본 연구결과 단순히 소용돌이 구조가 비선형 유동을 일으키는 아니라 유속이 증가하면서 관성력의 영향이 훨씬 큰 영향을 끼치게 되어 비선형 유동이 발생하는 것으로 나타났다.
A symmetry breaking nonlinear fluid flow in a two-dimensional wall-driven square cavity taking symmetric boundary condition after some transients has been investigated numerically. It has been shown that the symmetry breaking critical Reynolds number is dependent on the time history of the boundary condition. The cavity has at least three stable steady state solutions for Re=300-375, and two stable solutions if Re>400. Also, it has also been showed that a particular solution among several possible solutions can be obtained by a controlled boundary condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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