This paper studies the aerodynamic stability of a tensioned, geometrically nonlinear orthotropic membrane structure with hyperbolic paraboloid in sag direction. Considering flow separation, the wind field around membrane structure is simulated as the superposition of a uniform flow and a continuous vortex layer. By the potential flow theory in fluid mechanics and the thin airfoil theory in aerodynamics, aerodynamic pressure acting on membrane surface can be determined. And based on the large amplitude theory of membrane and D'Alembert's principle, interaction governing equations of wind-structure are established. Then, under the circumstance of single-mode response, the Bubnov-Galerkin approximate method is applied to transform the complicated interaction governing equations into a system of second-order nonlinear differential equation with constant coefficients. Through judging the frequency characteristic of the system characteristic equation, the critical velocity of divergence instability is determined. Different parameter analysis shows that the orthotropy, geometrical nonlinearity and scantling of structure is significant for preventing destructive aerodynamic instability in membrane structures. Compared to the model without considering flow separation, it's basically consistent about the divergence instability regularities in the flow separation model.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.7
no.1
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pp.40-48
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2003
Large eddy simulation is used to investigate the compressible flow over a open cavity, The sub-grid scale stresses are modeled using the dynamic model. The compressible Navier-Stokes equations are solved with the sixth order accurate compact finite difference scheme in the space and the 4th order Runge-Kutta scheme in the time. The results show a typical flow pattern of the shear layer mode of oscillation over the cavity. The votical disturbances, the roll-up of vorticity, and impingement and scattering of vorticity at the downstream cavity edge can be seen in the shear layer. Predicted acoustic resonant frequency is in good agreement with that of the empirical formula. The mean flow streamlines are nearly horizontal along the mouth of the cavity. The pressure has its minimum value in the vortex core inside the cavity.
Hong, Hyeonji;An, Se Hyeon;Seo, Heerim;Song, Jae Min;Yeom, Eunseop
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.19
no.3
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pp.115-122
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2021
Oral cancer surgery typically consists of resection of lesion, neck dissection and reconstruction, and it has an impact on the position of hyoid bone. Therefore, morphological change of airway can occur since the geometric parameter of airway is correlated with the hyoid bone. Airflow is affected by geometry of the airway. In this study, flow characteristics were compared between pre- and post-surgery models by both particle image velocimetry (PIV) and numerical simulation. 3D model of upper airway was reconstructed based on CT data. Velocity is accelerated by the reduced channel area, and vortex and recirculation region are observed in pre- and post-surgery models. For the post-surgery model, high pressure distribution is developed by significantly decreased hydraulic diameter, and the longitudinal flow stream is also interrupted.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.32
no.2
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pp.43-55
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1995
The turbulent flow around the strut mounted on the plate is studied numerically. The main objective of this paper is to validate the numerical scheme by the comparison of the computed results with the measured one, especially, to investigate the applicability of the Baldwin-Lomax(B-L) model to the juncture flow. Computations are made by solving Reynolds-averaged wavier-Stokes equation with MAC method. The computed results are compared with experimental data of Dickinson, collected in the wind tunnel at DTRC. Comparisons show good agreements generally except at the region of wake and very near the juncture. Reynolds stress model seems to be required to improve the accuracy applicable to the juncture flow in spite of the many simplification of the turbulence modelling in B-L model.
Kim, Chang-Joo;Kim, Sang Ho;Park, TaeSan;Park, Soo Hyung;Lee, Jae Woo;Ko, Joon Soo
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.15
no.4
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pp.356-365
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2014
This paper is the second in a series and aims to build a high-fidelity mathematical model for a propeller-driven airplane using the propeller's aerodynamics and inertial models, as developed in the first paper. It focuses on aerodynamic models for the fuselage, the main wing, and the stabilizers under the influence of the wake trailed from the propeller. For this, application of the vortex lattice method is proposed to reflect the propeller's wake effect on those aerodynamic surfaces. By considering the maneuvering flight states and the flow field generated by the propeller wake, the induced velocity at any point on the aerodynamic surfaces can be computed for general flight conditions. Thus, strip theory is well suited to predict the distribution of air loads over wing components and the viscous flow effect can be duly considered using the 2D aerodynamic coefficients for the airfoils used in each wing. These approaches are implemented in building a high-fidelity mathematical model for a propeller-driven airplane. Flight dynamic analysis modules for the trim, linearization, and simulation analyses were developed using the proposed techniques. The flight test results for a series of maneuvering flights with a scaled model were used for comparison with those obtained using the flight dynamics analysis modules to validate the usefulness of the present approaches. The resulting good correlations between the two data sets demonstrate that the flight characteristics of the propeller-driven airplane can be analyzed effectively through the integrated framework with the propeller and airframe aerodynamic models proposed in this study.
Kim, Kihwan;Lee, Jae bong;Kim, Woo-Shik;Choi, Hae-seob;Kim, Jong-In
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.12
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pp.3892-3901
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2021
The pressure drop of a moisture separator in a steam generator is the important design parameter to ensure the successful performance of a nuclear power plant. The moisture separators have a wide range of operating conditions based on the arrangement of them. The prediction of the pressure drop in a moisture separator is challenging due to the complexity of the multi-dimensional two-phase vortex flow. In this study, the moisture separator test facility using the air/water two-phase flow was used to predict the pressure drop of a moisture separator in a Korean OPR-1000 reactor. The prototypical steam/water two-phase flow conditions in a steam generator were simulated as air/water two-phase flow conditions by preserving the centrifugal force and vapor quality. A series of experiments were carried out to investigate the effect of hydraulic characteristics such as the quality and liquid mass flux on the two-phase pressure drop. A new prediction model based on the scaling law was suggested and validated experimentally using the full and half scale of separators. The suggested prediction model showed good agreement with the steam/water experimental results, and it can be extended to predict the steam/water two-phase pressure drop for moisture separators.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.1
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pp.96-107
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2001
An unsteady numerical simulation was performed to analyze flow structures behind a local suction/blowing in a flat-plate turbulent boundary layer. The local forcing was given to the boundary layer flow by means of sinusoidally oscillating jet. A version of the unsteady $\kappa$-$\xi$-f(sub)u model (Rhee and Sung 2000) was employed. The Reynolds number based on the momentum thickness was about Re(sub)$\theta$=1700. The forcing frequency was varied in the range 0.011$\leq$f(sup)+$\leq$0.044 with a fixed forcing amplitude A(sub)o=0.4. The predicted results were compared and validated with the experimental data. It was shown that the unsteady locally-forced boundary layer flow is predicted well by the $\kappa$-$\xi$-f(sub)u model. The effect of the pitch angle of local forcing on the reduction of skin friction was also examined.
Park, S.H.;Chang, K.;Shim, H.J.;Sheen, D.J.;Park, S.H.
Journal of computational fluids engineering
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v.21
no.3
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pp.48-54
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2016
In the present work, numerical simulations were conducted on the scaled model of the BWB type UCAV in the subsonic region using ANSYS FLUENT V15. The prediction method was validated through comparison with experimental results and the effect of the twisted wing was investigated. To consider the transitional flow phenomenon, ${\gamma}$ transition model based on SST model was adopted. The coefficients of lift, drag and pitching moment were compared with experimental results and the pressure distribution and streamlines were investigated. The twisted wing decreases the lift force but increases lift-to-drag ratio through delay of stall and leading edge vortex's movement to the front, also the non-linearity of the pitching moment is decreased.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.4
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pp.363-374
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2009
The 2D flow around 13 similar stay-vane profiles with different trailing edge geometries is investigated to determinate the main characteristics of the excitation forces for each one of them and their respective dynamic behaviors when modeled as a free-oscillating system. The main goal is avoid problems with cracks of hydraulic turbines components. A stay vane profile with a history of cracks was selected as the basis for this work. The commercial finite-volume code $FLUENT^{(R)}$ was employed in the simulations of the stationary profiles and, then, modified to take into account the transversal motion of elastically mounted profiles with equivalent structural stiffness and damping. The k-$\omega$ SST turbulence model is employed in all simulations and a deforming mesh technique used for models with profile motion. The static-model simulations were carried out for each one of the 13 geometries using a constant far field flow velocity value in order to determine the lift force oscillating frequency and amplitude as a function of the geometry. The free-oscillating stay-vane simulations were run with a low mass-damping parameter ($m^*{\xi}=0.0072$) and a single mean flow velocity value (5m/s). The structural bending stiffness of the stay-vane is defined by the Reduced Velocity parameter (Vr). The dynamic analyses were divided into two sets. The first set of simulations was carried out only for one profile with $2{\leq}Vr{\leq}12$. The second set of simulations focused on determining the behavior of each one of the 13 profiles in resonance.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.4
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pp.30-37
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2004
Flow characteristics of the inflow ahead of a rotating propeller attached to a container ship model were investigated using a two-frame PIV (Particle Image Velocimetry) technique. Ensemble-averaged mean velocity fields were measured at four different blade phases. The mean velocity fields show the acceleration of inflow due to the rotating propeller and the velocity deficit in the near-wake region. The axial velocity distribution of inflow in the upper plane of propeller is quite different from that in the lower plane due to the thick hull boundary layer. The propeller inflow also shows asymmetric axial velocity distribution in the port and starboard side. As the inflow moves toward the propeller, the effect of phase angle variation of propeller blade on the inflow becomes dominant. In the upper plane above the propeller axis the inflow has very low axial velocity and large turbulent kinetic energy, compared with the lower plane. The boundary layer developed along the bottom surface of stern hull forms a strong shear layer affecting vortex structure of the propeller near-wake.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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