본 연구는 선박의 조종성능에 직접 영향을 미치는 방향타의 양력, 항력 및 모멘트를 전산유체역학을 이용하여 연구하였다. 힘과 모멘트에 영향을 미치는 전형적인 선박 방향타 중 하나는 바다에서 조종하는 동안 선수 타이다. 따라서 선박 선수타에 대한 힘과 모멘트를 연구하였다. IFS 선수 타 시리즈 중 균형 IFS 54 BR 15는 연구에 사용되었다. 난류 모델로는 표준 k-epsilon이 연구에 적용되었다. 선수 타의 유체 역학, 특히 양력, 항력 및 모멘트 계수는 서로 다른 공격 각도에 대해 계산되었다. 본 연구에 사용된 유동과 선수 타 사이의 받침각은 0도에서 5도 간격씩 35도까지 총 6개이다. 선박의 운동 성능에 미치는 영향에 대한 계산 결과는 이전 실험 연구 결과와 비교되었다.
Large Eddy Simulation (LES) is used to study the effects of steady slot suction on the aerodynamic forces of and flow around a wall-mounted finite-length square cylinder. The aspect ratio H/d of the tested cylinder is 5, where H and d are the cylinder height and width, respectively. The Reynolds number based on free-stream oncoming flow velocity U∞ and d is 2.78×104. The suction slot locates near the leading edge of the free end, with a width of 0.025d and a length of 0.9d. The suction coefficient Q (= Us/U∞) is varied as Q = 0, 1 and 3, where Us is the velocity at the entrance of the suction slot. It is found that the free-end steady slot suction can effectively suppress the aerodynamic forces of the model. The maximum reduction of aerodynamic forces occurs at Q = 1, with the time-mean drag, fluctuating drag, and fluctuating lift reduced by 3.75%, 19.08%, 40.91%, respectively. For Q = 3, all aerodynamic forces are still smaller than those for Q = 0 (uncontrolled case), but obviously higher than those for Q = 1. The involved control mechanism is successfully revealed, based on the comparison of the flow around cylinder free end and the near wake for the three tested Q values.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제17권3호
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pp.285-295
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2016
A contact strip shape of a high speed train pantograph system was optimized with CFD to increase the aerodynamic performance and stability of contact force, and the results were validated by a wind tunnel test. For design of the optimal contact strip shape, a Kriging model and genetic algorithm were used to ensure the global search of the optimal point and reduce the computational cost. To enhance the performance and robustness of the contact strip for high speed pantograph, the drag coefficient and the fluctuation of the lift coefficient along the angle of attack were selected as design objectives. Aerodynamic forces were measured by a load cell and HWA (Hot Wire Anemometer) was used to measure the Strouhal number of wake flow. PIV (Particle Image Velocimetry) was adopted to visualize the flow fields. The optimized contact strip shape was shown a lower drag with smaller fluctuation of vertical lift force than the general shaped contact strip. And the acoustic noise source strength of the optimized contact strip was also reduced. Finally, the reduction amount of drag and noise was assessed when the optimized contact strip was applied to three dimensional pantograph system.
The flow past a circular cylinder forced to vibrate transversely is numerically simulated by solving the two-dimensional Navier-Stokes equations modified by the vibration velocity of a circular cylinder at a Reynolds number of 164. The higher-order finite difference scheme is employed for the spatial discretization along with the second order Adams-Bashforth and the first order backward-Euler time integration. The calculated cylinder vibration frequency is between 0.60 and 1.30 times of the natural vortex-shedding frequency. The calculated oscillation amplitude extends to 25% of the cylinder diameter and in the case of the lock-in region it is 60%. It is made clear that the cylinder oscillation has influence on the wake pattern, the time histories of the drag and lift forces, power spectral density and phase diagrams, etc. It is found that these results include both the periodic (lock-in) and the quasi-periodic (non-lock-in) state. The vortex shedding frequency equals the driving frequency in the lock-in region but is independent in the non-lock-in region. The mean drag and the maximum lift coefficient increase with the increase of the forcing amplitude in the lock-in state. The lock-in boundaries are also established from the present direct numerical simulation.
The flow past a circular cylinder forced to vibrate transversely is numerically simulated by solving the two-dimensional Wavier-Stokes equations modified by the vibration velocity of a circular cylinder at a Reynolds number of 164. The higher-order finite difference scheme is employed for the spatial discretization along with the second order Adams-Bashforth and the first order backward-Euler time integration. The calculated cylinder vibration frequency is between 0.60 and 1.30 times of the natural vortex-shedding frequency. The calculated oscillation amplitude extends to $25\%$ of the cylinder diameter and in the case of the lock-in region it is $60\%$. It is made clear that the cylinder oscillation has influence on the wake pattern, the time histories of the drag and lift forces, power spectral density and phase diagrams, etc. It is found that these results include both the periodic (lock-in) and the quasi-periodic (non-lock-in) state. The vortex shedding frequency equals the driving frequency in the lock-in region but is independent in the non-lock-in region. The mean drag and the maximum lift coefficient increase with the increase of the forcing amplitude in the lock-in state. The lock-in boundaries are also established from the present direct numerical simulation.
Birds and insects flap their wings to fly in the air and they can change their wing motions to do steering and maneuvering. Therefore, we created various wing motions with the parameters which affected flapping motion and evaluated the aerodynamic characteristics about those cases in this study. As the wing rotational velocity was fast and the rotational timing was advanced, the measured aerodynamic forces showed drastic increase near the end of stroke. The mean lift coefficient was increased until angle of attack of $50^{\circ}$ and showed the maximum value of 1.0. The maximum mean lift to drag ratio took place at angle of attack of $20^{\circ}$. Flow fields were also visualized around the wing using particle image velocimetry (PIV). From the flow visualization, leading-edge vortex was not shed at mid-stroke until angle of attack of $50^{\circ}$. But it was begun to shed at angle of attack of $60^{\circ}$.
This work investigates Reynolds number Re (= 50 - 200) effects on the flows around a single cylinder and the two tandem (center-to-center spacing L⁎= L/D = 4) cylinders, each of a diameter D. Vorticity structures, Strouhal numbers, and time-mean and fluctuating forces are presented and discussed. For the single cylinder, with increasing Re in the range examined, the vorticity magnitude, Strouhal number and fluctuating lift all monotonically rise but time-mean drag, vortex formation length, and lateral distance between the two rows of vortices all shrink. For the two tandem cylinders, the increase in Re leads to the formation of three distinct flows, namely reattachment flow (50 ≤ Re ≤ 75), transition flow (75 < Re < 100), and coshedding flow (100 ≤ Re ≤ 200). The reattachment flow at Re = 50 is steady. When Re is increased from 75 to 200, the Strouhal number of the two cylinders, jumping from 0.113 to 0.15 in the transition flow regime, swells to 0.188. The two-cylinder flow is more sensitive to Re than the single cylinder flow. Fluctuating lift is greater for the downstream cylinder than the upstream cylinder while time-mean drag is higher for the upstream cylinder than for the other. The time-mean drags of the upstream cylinder and single cylinder behaves similar to each other, both declining with increasing Re.
When a cable-stayed bridge is under construction, the cable tension that changes according to the construction phase is the index indicating the proper construction management. In this study, the vibration method using the least-square estimation has been implemented to monitor changing tensions of two multi-strand cables of a cable-stayed bridge under construction. The test bridge is Hwamyung Bridge in Korea with a prestressed concrete box girder. The field tests are executed during the second tensioning stage just after the installation of the key segment. The tensions of two cables are measured before and after the tensioning and 5 days later (i.e., after finishing the tensioning of all cables). The accuracy of the estimated tensions by the vibration method has been improved by employing proper effective lengths of the cables. The measured tensions are compared with the result of the lift-off tests and design tensions. The vibration method shows very good performance in monitoring the changing tensions according to the construction phase with minimal error.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제26권5호
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pp.596-606
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2002
The three-dimensional unsteady compressible Euler equation solver with ALE, CFD code, PAM-FLOW based on FEM method has been applied to analyze the flow field around the high speed train which is entering into a channel. From the present study, the pressure and flow transients were calculated and analyzed. The generation of compression wave was observed ahead of train and the high pressure in the gap between the train and the tunnel was also found due to the blockage effects. It was found that abrupt fluctuation in pressure exists in the region from train nose to shoulder of train corresponding to 10% of total length of train during tunnel entry. Computed time history of aerodynamic forces of train during tunnel entry show that drag coefficient rapidly rises and saturates at about non-dimensional time 0.31. The total increase of drag coefficient before and after tunnel entry is about 1.1%. Transient profile of lift force shows similar pattern to drag coefficient except abrupt drop after saturation and lift force in the tunnel increases 0.08% more than that before tunnel entry.
The inherent problem of a Darrieus wind turbine is its inability to self-start. Usually, a motor is used to provide angular acceleration until lift forces are produced in the airfoil blades or up until the turbine can already sustain its speed on its own. This paper describes a method of improving the self-starting of an H-type Darrieus vertical axis wind turbine (VAWT) by incorporating a helical Savonius turbine thus utilizing a drag-lift combination. The effect of each turbine in the combination relative to each other is investigated by testing a prototype windmill consisting of three NACA 0015 airfoil blades combined with a Savonius rotor with a helix angle of 180 degrees and whose swept area equals 30% of the entire turbine.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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