This paper presents numerical simulations of flow around a circular patch of vegetation using a depth-averaged two-dimensional numerical model which is capable of simulating flow structure in vegetated open channel. In order to account for vegetation effect, drag force terms are included in governing equations. Numerical simulations are conducted with various solid volume fractions (SVF). Flow passes through a circular patch and low velocity region, which is called wake region, is formed downstream of the patch. When SVF is larger than 0.08, a recirculation is observed. The location of the recirculation is moved further downstream as SVF decreases. Von-$K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ vortex street is developed beyond the wake region due to interaction between two shear layers induced by a circular patch of vegetation. The vortex is developed as SVF is larger than 0.08, and the location of the vortex is consistent with the maximum of turbulence kinetic energy. The location of the peak of turbulence kinetic energy is moved further downstream as SVF decreases.
A rich phenomenon in the dynamics of azimuthal vortices in a circular cylinder caused by the inertial oscillation is investigated numerically at high Reynolds numbers and moderate Rossby numbers. In the actual spin-up flow where both the Ekman circulation and the bottom friction effects are included, the first appearance of a seed vortex is generated by the Ekman boundary-layer on the bottom wall and the subsequent roll-up near the corner bounded by the side wall. The existence of the small vortex then rapidly propagates toward the inviscid region and induces a complicated pattern in the distribution of azimuthal vorticity, i.e. inertial oscillation. The inertial oscillation however does not deteriorate the classical Ekman-pumping model in the time scale larger than that of the oscillatory motion. Motions of single vortex and a pair of vortices are further investigated under a slip boundary-condition on the solid walls. For the case of single vortex, repeated change of the vorticity sign is observed together with typical propagation of inertial waves. For the case of a pair of vortices with a two-step profile in the initial azimuthal velocity, the vortices' movement toward the outer region is resisted by the crescent-shape vortices surrounding the pair. After touching the border between the core and outer regions, the pair vortices weaken very fast.
Sahoo, Patitapaban;Domala, Vamshikrishna;Sharma, R.
Ocean Systems Engineering
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v.12
no.3
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pp.301-333
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2022
Herein, we report meaningful and selective review of the progress made on 'Vortex Induced Vibration (VIV)' and 'Vortex Induced Motion (VIM)' of 'Structures of Specific Shapes (SoSS)' subjected to steady uniform flow and of relevance to/in marine structures. Important and critical elements of the numerical methods, experimental methods, and physical ideas are listed and analysed critically and the limitations of the current state of art of VIV/VIM are discussed in-detail. Our focus and aim are to analyse the existing researches with respect to the application in analyses, design and production of marine structures and the reported reviews centre on these only. We identify the critical and important issues that exist in the current literature and utilise these issues to highlight the challenges that need to be tackled to design and develop new age marine structures that can exist and operate safely in the areas of dominance by the VIV/VIM. Finally, we also identify some areas for future scope of research on VIV/VIM.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2017.05a
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pp.514-514
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2017
Floating breakwaters were treated as solid bodies without any perforation in previous studies. In this study, however, a floating breakwater is perforated to allow the partial absorption of the energy produced by incident waves and an air chamber is placed in the upper part to control the breakwater draft. A series of laboratory experiments for a floating breakwater installed with a mooring system are carried out. In general, a mooring system can be classified by the number of mooring points, the shape of the mooring lines, and the degree of line tension. In this study, a four-point mooring is employed since it is relatively easier to analyze the measured results. Furthermore, both the tension-leg and the catenary mooring systems have been adopted to compare the performance of the system. In laboratory experiments, the hydraulic characteristics of a floating breakwater were obtained and analyzed in detail. Also, a hydraulic model test was carried out on variable changes by changing the mooring angle and thickness of perforated wall. A hydraulic model was designed to produce wave energy by generating a vortex with the existing reflection method. Analysis on wave changes was conducted and the flow field around the floating breakwater and draft area, which have elastic behavior, was collected using the PIV system. From the test results the strong vortex was identified in the draft area of the perforated both-sides-type floating breakwater. Also, the wave control performance of the floating breakwater was improved due to the vortex produced as the tension in the mooring line decreased.
This paper is a study on the generation mechanism of propeller singing based on the cavitation tunnel test, underwater impact test, finite element analysis and computational flow analysis for the model propeller. A wire screen mesh, a propeller and a rudder were installed to simulate ship stern flow, and occurrence and disappearance of propeller singing phenomenon were measured by hydrophone and accelerometer. The natural frequencies of propeller blades were predicted through finite element analysis and verified by contact and non-contact impact tests. The flow velocity and effective angle of attack for each section of the propeller blades were calculated using RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) equation-based computational fluid analysis. Using the high resolution analysis based on detached eddy simulation, the vortex shedding frequency calculation was performed. The numerical predicted vortex shedding frequency was confirmed to be consistent with the singing frequency and blade natural frequency measured by the model test.
Kim, Je-In;Park, Il-Ryong;Kim, Ki-Sup;Ahn, Jong-Woo
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.54
no.3
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pp.215-226
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2017
This paper presents numerical results of the performance of a marin propeller in cavitating and non-cavitating flow conditions. The geometry and experimental validation data of the propeller are provided in Potsdam Propeller Test Case(PPTC) in the framework of the second International Symposium on Marine Propulsors 2011(SMP'11) workshop. The PPTC includes open water tests, velocity field measurements and cavitation tests. The present numerical analysis was carried out by using the Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) method on a wall-resolved grid ensuring a y+=1, where the SST k-${\omega}$ model was mainly used for turbulence closure. The influence of the turbulence model was investigated in the prediction of the wake field under a non-cavitating flow condition. The propeller tip vortex flows in both cavitating and non-cavitating conditions were captured through adaptation of additional grids. For the cavitation flows at three operation points, Schnerr-Sauer's cavitation model was used with a Volume-Of Fluid(VOF) approach to capture the two-phase flows. The present numerical results for the propeller wake and cavitation predictions including the open water performance showed a qualitatively reasonable agreement with the model test results.
Numerical studies on the influence of interaction between atmosphere and ocean on the variation of Karman vortex at the lee side of Jeju Island were carried out. Karman vortex tends to be occurred at limited height associated with Hanla mountain. And we can find clear Karman vortex at 900 hPa height in this study. One big vortex cell occurred at lee side of Jeju Island in the begging stage of its development and the cell was divided into three small cells as time goes by. And the strength and lifetime of small vortexes depend on the distribution of SST (Sea Surface Temperature). Weak gradient of SST makes long-lasting Karman vortex but produces weak potential vorticity at lee side of Jeju-do in comparison with the vortex under strong SST gradient. Strong SST gradient also increases not only the mixing depth but also the mixing ratio at lower level of troposphere. And the increased atmospheric mixing decreases the mechanical forcing due to isolated topography. Then the strength of Karman vortex at the lee side of Jeju Island becomes weak under strong gradient of SST. Thus the evolution of Karman vortex is closely related to distribution of SST around the isolated island.
The internal temperature will change depending on operation conditions and material of cyclone dust collector. This study compares the results of collection efficiency and temperature distribution on the different heat flux at wall of dust collector. The previous researcher's experiment results were used to confirm the reliability of CFD(Computational Fluid Dynamics) model. Based on this verified CFD model, we extended the analysis on the cyclone dust collectors. In CFD study, we used RNG k-epsilon model for analysis of turbulence flow, fluid is air, the velocity at inlet is 10 m/s, the temperature of air is $600^{\circ}C$. Because of the difference of outer vortex and inner vortex temperature, the collection efficiency will reduce with the increase of heat flux, showed the highest collection efficiency at heat insulation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.6
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pp.860-873
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1998
In a low speed open-type wind tunnel, a group of parallel wakes downstream of two dimensional grid model consisting of several circular cylinders were experimentally investigated to study the response of the wake flows to the acoustic excitation, in hoping to promote the understanding of the underlying mechanism behind the gross flow change due to artificial excitation. In the unexcited wake flows, the development of the individual wakes behind cylinders was almost uniform for the ratio of the spacing to the cylinder diameter of s/d.geq.1.5. For smaller s/d, however, the jet streams issued through the gaps between the cylinders became biased in one side and the cylinders had wakes of different sizes. At s/d=1.25, the gap flow directions change in time, leading to unstable wake patterns. Further reduction in s/d made this unstable flip-flopping of the jets stable. The most effective excitation frequency was found to be in the Strouhal number range of St=0.5-0.6. This frequency was related to the vortex shedding. At s/d=1.75, the excitation frequency was 2 or 4 times the vortex shedding frequency. When the flow was excited at this frequency, the vortex sheddings were energized, and pairings between neighboring vortices were generated. Also, the merging process between individual wakes was accelerated. The unstable and unbalanced wake patterns at s/d=2.15 were made stable and balanced. The unstable and unbalanced wake patterns at s/d=2.15 were made stable and balanced. For smaller spacing of s/d .leq,1.0, the acoustic excitation became less effective in controlling the flow.
In this study, a computational method for wall shear stress combined with an implicit direct-forcing immersed boundary method is presented. Near the immersed boundaries, the sub-grid stress is determined by a wall model in which the wall shear stress is directly calculated from the Lagrangian force on the immersed boundary. A coupling mathematical model of the transition process for a model Francis turbine comprising turbulent flow and rotating rigid guide vanes is established. The spatiotemporal distributions of pressure, velocity, vorticity and turbulent quantity are gained with the transient process; the drag and lift coefficients as well as other forces (moments) are also obtained as functions of the attack angle. At the same time, analysis is conducted of the characteristics of pressure pulsation, velocity stripes and vortex structure at some key parts of flowing passage. The coupling relations among the turbulent flow, the dynamical force (moment) response of blade and the rotating of guide vane are also obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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