Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.3
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pp.51-59
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1988
The wake structure behind a van type vehicle was studied experimentally with a 5-hole yawhead probe. Through an effective calibration method of the 5-hole yawhead probe, the flow properties such as velocity vector, total pressure and static pressure were obtained on two cross sections within the wake. These results combined with the surface flow visualization performed in the previous study, yielded some information about the wake structure. When the model was placed in a stream with zero yaw angle, two counter rotating vortices were observed behind the model which pull down the surface flow on each side of the model. With increasing the yaw angle, the surface flow on the windward side changed to divide the flow in two directions, one flows upward on the upper part and the other flows downward on the lower part of the windward side. Hence a new weak vortex was created on the upper windward side, which resulted 3 vortices within the wake. The size and the strength of the vortices increased with yaw angle.
Weibull distribution with two parameters, shape (k) and scale (s) parameters are used to model the fatigue failure analysis due to periodic vortex shedding of the synovial fluid in knee joints. In order to determine the later parameter, a suitable statistical model is required for velocity distribution of synovial fluid flow. Hence, wide applicability of Weibull distribution in life testing and reliability analysis can be applied to describe the probability distribution of synovial fluid flow velocity. In this work, comparisons of three most widely used methods for estimating Weibull parameters are carried out; i.e. the least square estimation method (LSEM), maximum likelihood estimator (MLE) and the method of moment (MOM), to study fatigue failure of bone joint due to periodic vortex shedding of synovial fluid. The performances of these methods are compared through the analysis of computer generated synovial fluidflow velocity distribution in the physiological range. Significant values for the (k) and (s) parameters are obtained by comparing these methods. The criterions such as root mean square error (RMSE), coefficient of determination ($R^2$), maximum error between the cumulative distribution functions (CDFs) or Kolmogorov-Smirnov (K-S) and the chi square tests are used for the comparison of the suitability of these methods. The results show that maximum likelihood method performs well for most of the cases studied and hence recommended.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.9
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pp.1209-1219
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2003
The dynamic behaviors of the single vortex interacting with $CH_4-Air$ jet diffusion flame are investigated numerically. The numerical method is based on a predict-corrector scheme for a low Mach number flow. A two-step global reaction mechanism is adopted as a combustion model. Studies are conducted in fixed initial velocities for the three cases according as where $CO_2$ is added; (1) without dilution, (2) dilution in fuel stream and (3) dilution in oxidizer stream. A single vortex is generated by an axisymmetric jet, which is made by an impulse of a cold fuel when a flame is developed entirely in a computational domain. The simulation shows that $CO_2$ dilution in fuel stream results in somewhat larger vortex radius, and greater amount of entrainment of surrounding fluid than in other cases. Thus, the dilution of $CO_2$ in fuel stream enhances the mixing in single vortex and increases the stretching of the flame surface. The budgets of the vorticity transport equation are examined to reveal the mechanism of vortex formation when $CO_2$ is added. It is found that, in the case of $CO_2$ dilution in fuel stream, the vortex destruction due to volumetric expansion and the vortex production due to baroclinic torque are more dominant than in other cases.
The turbulent flow in reactor pressure vessel (RPV) of pressurized water reactor (PWR) is important for the flow rate distribution at core inlet. Thus, it is vital to study the turbulent flow phenomena in RPV. However, the complicated fluid channel consisted of inner structures of RPV will block or refract the laser sheet of particle image velocimetry (PIV). In this work, the matched index of refraction (MIR) of sodium iodide (NaI) solution and acrylic was applied to support optical path for flow field measurements by PIV in the 1/10th scaled-down RPV model. The experimental results show detailed velocity field at different locations inside the scaled-down RPV model. Some interesting phenomena are obtained, including the non-negligible counterflow at the corner of nozzle edge, the high downward flowing stream in downcomer, large vortices above vortex suppression plate in lower plenum. And the intensity of counterflow and the strength of vortices increase as inlet flow rate increasing. Finally, the case of asymmetry flow was also studied. The turbulent flow has different pattern compared with the case of symmetrical inlet flow rate, which may affect the uniformity of flow distribution at the core inlet.
The three-dimensional turbulent cascade flows with and without endwall fences are numerically investigated by solving the incompressible Navier-Stokes equations with a high-Reynolds number $k-{\varepsilon}$ turbulence closure model. A projection method based algorithm is used in the finite-volume formulation, with the second order upwind-differencing scheme for the convective terms. First, assessments on accuracy of the present method are made by comparing the static pressure distributions at the mid-span of the cascade with measured data, and also by confirming the experimental observations on the choice of an optimal fence height for the secondary flow control. In understanding the three-dimensional nature of the secondary flow in turbine cascade, the limiting streamline patterns and the static pressure contours at the suction surface of the blade as well as on the cascade endwall are employed to visualize the effectiveness of the endwall fence for the secondary flow control. Analysis on the streamwise vorticity contour maps along the cascade with the three-dimensional representation of their iso-surfaces reveals the strucuture of the complicated vortical flow in the turbine cascade with endwall fence, and also leads to an understanding on formation of the counter-rotating streamwise vortex over the endwall fence, in explaining the mechanisms of controlling the secondary flow and also for the proper selection of an optimal fence height.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.26
no.4
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pp.419-428
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2020
The flow past a wall mounted square cylinder, a typical and basic shape of building, bridge or offshore structure, was simulated using URANS computation through adoption of three turbulence models, namely, the k-ε model, k-ω model, and the v2-f model. It is well known that this flow is naturally unstable due to the Karman vortex shedding and exhibits a complex flow structure in the wake region. The mean flow field including velocity profiles and the dominant frequency of flow oscillation that was from the simulations discussed earlier were compared with the experimental data observed by Wang et al. (2004; 2006). Based on these comparisons it was found that the v2-f model is most accurate for the URANS simulation; moreover, the k-ω model is also acceptable. However, the k-ε model was found to be unsuitable in this case. Therefore, v2-f model is proved to be an excellent choice for the analysis of flow with massive separation. Therefore, it is expected to be used in future by studies aiming to control the flow separation.
The influence of wake flow on a flat-plate blade having different shapes near the hailing edge has been investigated in this paper. Two different shapes near the trailing edge namely the pressure surface cutting (TP) and the suction surface cutting (TS) have been used. The calculation has been performed for two different angles of attack (a =10 and 15 degree) in both the cases. RANS equations have been solved using SST-model as a turbulence closure. Cp and CL values obtained for TS are higher compared to those obtained for TP. Also, the vorticity distribution obtained in case of TS is stronger as compared to that obtained in the case of TP The Karmann Vortex is observed in both the cases but it is more clear in TS case. It is found that in the case of TS, flow separation does not occur upto the trailing edge on both the suction and the pressure sides of the blade while in the case of TP, the flow separateson the pressure surface near the trailing edge of the flat-plate blade.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.7
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pp.767-774
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2012
A fluidic device (FD) has been adopted in the safety injection tanks (SITs) of APR1400. A flow control mechanism of the FD was used to vary the flow regime in the vortex chamber corresponding to the SITs water level. The flow regime in the vortex chamber has a different pressure loss from low to high in accordance with the SITs water level. Nitrogen at the top of the SIT could be released owing to inertia of discharge flow when changing from a high flow rate to a low flow rate. This phenomenon is important to design improvement perspective because it can affect the performance of the FD. This paper shows a result of a preliminary numerical study to obtain the transient data related to air release in the flow turn-down period using a two-fluid free-surface model provided from ANSYS CFX 13.0. In conclusion, there is no significant effect on the performance of the FD, though a small quantity of air is released during the flow turn-down period.
Kim, Shin-Woong;Lee, Seung-Jae;Park, Cheol-Young;Kang, Donghoon
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.8
no.4
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pp.330-343
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2016
This paper presents results of an experimental investigation of vortex-induced vibration (VIV) of a flexibly mounted and rigid cylinder with two-degrees-of-freedom with respect to varying ratio of in-line natural frequency to cross-flow natural frequency, $f^*$, at a fixed low mass ratio. Combined in-line and cross-flow motion was observed in a sub-critical Reynolds number range. Three-dimensional displacement meter and tension meter were used to measure dynamic responses of the model. To validate the results and the experiment system, x and y response amplitudes and ratio of oscillation frequency to cross-flow natural frequency were compared with other experimental results. It has been found that the higher harmonics, such as third and more vibration components, can occur on a certain part of steel catenary riser under a condition of dual resonance mode. In the present work, however, due to the limitation of a size of circulating water channel, the whole test of a whole configuration of the riser at an adequate scale for VIV phenomenon was not able to be conducted. Instead, we have modeled a rigid cylinder and assumed that the cylinder is a part of steel catenary riser where the higher harmonic motions could occur. Through the experiment, we have found that even though the cylinder was assumed to be rigid, the occurrence of the higher harmonic motions was observed in a small reduced velocity ($V_r$) range, where the influence of the in-line response is relatively large. The transition of the vortex shedding mode from one to another was examined by using time history of x and y directional displacement over all experimental cases. We also observed the influence of in-line restoring force power spectral density with $f^*$.
We investigated the Reynolds number effects on the flow over a twisted offshore structure in the range of 3×103≤ Re ≤ 1 × 104. To analyze the effect of the twisted surface treatment, a large eddy simulation (LES) with a dynamic subgrid model was employed. A simulation of the cylindrical structure was also carried out to compare the results with those of the twisted offshore structure. As Re increased, the mean drag and lift coefficient of the twisted offshore structure increased with the same tendency as those of the cylindrical structure. However, the increases in the mean drag and lift coefficient of the twisted offshore structure were much smaller than those of the cylindrical structure. Furthermore, elongated shear layer and suppressed vortex shedding from the twisted offshore structure occurred compared to those of the cylindrical cylinder, resulting in a drag reduction and suppression of the vortex-induced vibration (VIV). In particular, the twisted offshore structure achieved a significant reduction of over 96% in VIV compared with that of the cylindrical structure, regardless of increasing Re. As a result, we concluded that the twisted offshore structure effectively controlled the flow structures with reductions in the drag and VIV compared with the cylindrical structure, irrespective of increasing Re.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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