Riverine tree management is crucial in realizing a balance between flood control and ecological preservation, which requires an accurate assessment of the impact of trees on river water elevations. In this study, eight different formulas for evaluating vegetation roughness considering the drag force acting on trees, were reviewed, and the characteristics and applicability of these methods were evaluated from a practical engineering perspective. The study compared the characteristics of vegetation roughness measurement methods for calculated roughness coefficients at different water depths and analyzed factors such as effects of tree canopy width, tree density and diameter, and tree stiffness coefficient, and water level estimation results. A comparison of roughness coefficients at the same water depths revealed that the Kouwen and Fathi-Moghadam formulas and the Fischenich formula yield excessive drag coefficients compared to other formulas. Factors such as channel geometry, tree diameter, and tree density showed varying trends depending on the formula but did not exhibit excessive outliers. Formulas considering the tree stiffness coefficient, such as the Freeman et al.'s formula and the Whittaker et al.'s formula, showed significant variations in drag coefficients depending on the stiffness coefficient. When applied to small- and medium-sized virtual rivers in South Korea using the drag coefficient results from the eight formulas, the results indicated a maximum increase in water level of approximately 0.2 to 0.4 meters. Based on this review, it was concluded that the Baptist et al., Huthoff et al., Cheng, Luhar, and Nepf's formulas, which exhibit similar characteristics and low input data uncertainties, are suitable for practical engineering applications.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.50
no.6
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pp.436-449
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2013
In this paper, a numerical analysis is carried out to study the characteristics of supercavitating flows and the drag of relatively simple two-dimensional and axisymmetric bodies which can be used for supercavity generation device, cavitator, of a high-speed underwater vehicle. In order to investigate the suitability of numerical models, cavity flows around the hemispherical head form and two-dimensional wedge are calculated with combinations of three turbulence models(standard $k-{\epsilon}$, realizable $k-{\epsilon}$, Reynolds stress) and two cavitation models(Schnerr-Sauer, Zwart-Gerber-Belamri). From the results, it is confirmed that the calculated cavity flow is more affected by the turbulence model than the cavitation model. For the calculation of steady state cavity flows, the convergence in case of the realizable $k-{\epsilon}$ model is better than the other turbulence models. The numerical result of the Schnerr-Sauer cavitation model is changed less by turbulence model and more robust than the Zwart-Gerber-Belamri model. Thus the realizable $k-{\epsilon}$ turbulence model and the Schnerr-Sauer cavitation model are applied to calculate supercavitating flows around disks, two dimensional $10^{\circ}$ and $30^{\circ}$ wedges. In case of the disk, the cavitation number dependences of the cavity size and the drag coefficient predicted are similar to either experimental data or Reichardt's semi-empirical equations, but the drag coefficient is overestimated about 3% higher than the Reichardt's equation. In case of the wedges, the cavitation number dependences of the cavity size are similar to experimental data and Newman's linear theory, and the agreement of the cavity length predicted and Newman's linear theory becomes better as decreasing cavitation number. However, the drag coefficients of wedges agree more with experimental data than those of Newman's analytic solution. The cavitation number dependences of the drag coefficients of both the disk and the wedge appear linear and simple formula for estimating the drag of supercavitating disks and wedges are suggested. Consequently, the CFD scheme of this study can be applied for numerical analysis of supercavitating flows of the cavitator and the cavitator design.
Flow patterns around a rotating circular cylinder having square dimpled surface were visualized by the hydrogen bubble technique at velocity ratios from a=0 to 4.8 and Reynolds number of $Re=1.0{\times}10^{4}$. The wake region of the cylinder was reduced as the velocity ratios increase and was smaller than that of the smooth cylinder without dimples at the same velocity ratio. The hydrodynamic characteristics on the cylinder was investigated by measuring of lift and drag at velocity ratios from a=0 to 4.1 and Reynolds number from $Re=1.2{\times}10^{4}$ to $Re=2.0{\times}10^{4}$. As the velocity ratios increase, the average lift and drag coefficients were increased and at the same velocity ratio, the average lift was larger but the average drag was smaller than that of the smooth cylinder.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.4
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pp.486-492
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2004
Flow patterns around a rotating circular cylinder having square dimpled surface were visualized by the hydrogen bubble technique at velocity ratios from a=0 to 4.8 and Reynolds number of Re=1.0${\times}$10$^4$. The wake region of the cylinder was reduced as the velocity ratios increase and was smaller than that of the smooth cylinder without dimples at the same velocity ratio. The hydrodynamic characteristics on the cylinder was investigated by measuring of lift and drag at velocity ratios from a=0 to 4.1 and Reynolds number from Re=1.2${\times}$10$^4$ to Re=2.0${\times}$10$^4$. As the velocity ratios increase, the average lift and drag coefficients were increased and at the same velocity ratio, the average lift was larger but the average drag was smaller than that of the smooth cylinder.
Park, Sang-Wook;Kim, Min-Soo;Sohn, Jeong-Hyun;Baek, Woon-Kyung
Journal of Power System Engineering
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v.20
no.1
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pp.24-29
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2016
Remotely operated vehicles or autonomous underwater vehicles have been used for exploiting seabed natural resources. In this study, the autonomous underwater vehicle of hovering type(HAUV) is developed to observe underwater objects in close distance. A dynamic model with six degrees of freedom is established, capturing the motion characteristics of the HAUV. The equations of motion are generated for the dynamic control simulation of the HAUV. The added mass, drag and lift forces are included in the computer model. Computational fluid dynamics simulation is carried out using this computer model. The drag coefficients are produced from the CFD.
This paper presents a non-isotropic turbulence modeling of flows over bedforms. The Reynolds stress model is used for the turbulence closure. In the model, Launder, Reece, and Rodi's model and Hanjalic and Launder's model are employed f3r the pressure strain correlation term and the diffusion term, respectively. The mean flow and turbulence structures are simulated and compared with profiles measured in the experiments. The numerical solutions from two-equation turbulence models are also provided for comparisons. The Reynolds stress model yields the separation length of eddy similar to the other numerical results. Using the developed model, the resistance coefficients are also estimated for the flows at different Froude numbers. Karim's (1999) relationship is used to determine the bedform geometry. It is found that the values of the form drag and the skin friction are very similar to those obtained by the other turbulence models. meaning higher values of the form drag and lower values of the skin friction compared with the empirical formulas.
Numerical investigation has been carried out for laminar flow past an inclined square cylinder in cross freestream. In particular, inclination of a square cylinder with respect to the main flow direction can cause sudden shift of the separation points to other edges, resulting in drastic change of flow-induced forces on the cylinder such as Strouhal number (St) of vortex shedding, drag and lift forces on the cylinder, depending upon the inclination angle. Collecting all the numerical results obtained, we propose contour diagrams of drag/lift coefficients and Strouhal number on an Re-Angle plane. This study would be the first step towards understanding flow-induced forces on cylindrical structures under a strong gust of wind from the viewpoint of wind hazards.
In this study, a computational analysis is conducted to investigate the effects of porous surfaces on the lift and drag forces of the flat plate. With the porous treatment, it is found that the strength of the Karman vortex as well as its influences over the trailing-edge surface are much weakened, resulting in significant reduction of the pressure fluctuations over the flat plate. The drag and lift coefficients are decreased by 85% and 18%, respectively, compared to the solid surface. The computed results also indicate that the size of the porous surface area does not have much influences but the back side of the flat plate has non-negligible effects on the interaction between the wall and the Karman vortex. As a result, the lift coefficient for the solid back side case is decreased only by 50.5% compared to the solid case and the drag coefficient is even increased by 65%.
The Airship which uses light gases(Helium) can afford to be managed safely, and economically. In this paper, it executed Airship aerodynamic design using Theory of the Airship shape. With the change of main design factor, aerodynamic coefficients were investigated by FLUENT and the shape of the Airship which has low drag was chosen. For low drag coefficient of the Airship, the theory of traditional Airship shape was used. The structural analysis of the Airship is executed by ANSYS.
The wind pressure distributions were analyzed to provide fundamental criteria for the structural design on the two-span arched house according to the wind directions through the wind tunnel experiment. In order to investigate the wind force distributions, the variation of the wind force coefficients, the mean wind force coefficients, the drag force coefficients and the lift force coefficients were estimated using the experimental data. The results obtained are as follows : 1. The variation of the wind force with wind directions on the side walls was the greatest at the upwind edge of the walls. 2. The maximum negative wind force along the length of the roof appeared at the upwind edge at the wind direction of 60$^{\circ}$. 3. The maximum negative wind force along the width of the roof appeared at the width ratio and wind direction of 0$^{\circ}$ and 0.4 in the first house and 0.6 and 30$^{\circ}$ in the second house, respectively. 4. The mean negative wind force on the side walls of the first house at the wind direction of 0$^{\circ}$ was far greater than that of the second house, and the maximum negative wind force on the roof occurred at the wind direction of 30$^{\circ}$. 5. The maximum lift force appeared on the second house at the wind direction of 30$^{\circ}$, but the lift force on the first house was far greater than that on the second house at the wind direction of 0$^{\circ}$. 6. The parts to be considered for the local wind forces were the edges of the walls, and the edges of the x-direction and the width ratio, 0.4 of the y-direction in the roofs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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