In this study, a experimental work to investigate the influence of a turbulent wake flow on the velocity distribution of a diffuser with PIV method. The turbulent wake is generated by a rectangular prism, which is installed at the inlet of a diffuser. The results show that the velocity recovery of the subsonic diffuser is dependent on the height and location of rectangular prism. It is found that a certain height of the rectangular prism to generate the turbulent wake give a better velocity recovery, compared with no rectangular prism.
Aerodynamic effects, such as drag force and flow-induced vibration (FIV), on civil engineering structures can be minimized by optimally modifying the structure shape. This work investigates the turbulent wake of a square prism with its faces modified into a sinusoidal wave along the spanwise direction using three-dimensional large eddy simulation (LES) and particle image velocimetry (PIV) techniques at Reynolds number $Re_{Dm}$ = 16,500-22,000, based on the nominal width ($D_m$) of the prism and free-stream velocity ($U_{\infty}$). Two arrangements are considered: (i) the top and bottom faces of the prism are shaped into the sinusoidal waves (termed as WSP-A), and (ii) the front and rear faces are modified into the sinusoidal waves (WSP-B). The sinusoidal waves have a wavelength of $6D_m$ and an amplitude of $0.15D_m$. It has been found that the wavy faces lead to more three-dimensional free shear layers in the near wake than the flat faces (smooth square prism). As a result, the roll-up of shear layers is postponed. Furthermore, the near-wake vortical structures exhibit dominant periodic variations along the spanwise direction; the minimum (i.e., saddle) and maximum (i.e., node) cross-sections of the modified prisms have narrow and wide wakes, respectively. The wake recirculation bubble of the modified prism is wider and longer, compared with its smooth counterpart, thus resulting in a significant drag reduction and fluctuating lift suppression (up to 8.7% and 78.2%, respectively, for the case of WSP-A). Multiple dominant frequencies of vortex shedding, which are distinct from that of the smooth prism, are detected in the near wake of the wavy prisms. The present study may shed light on the understanding of the underlying physical mechanisms of FIV control, in terms of passive modification of the bluff-body shape.
Sohankar, A.;Esfeh, M. Kazemi;Pourjafari, H.;Alam, Md. Mahbub;Wang, Longjun
Wind and Structures
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제26권5호
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pp.317-329
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2018
Wake characteristics of the flow over a finite square prism at different incidence angles were experimentally investigated using an open-loop wind tunnel. A finite square prism with a width D = 15 mm and a height H = 7D was vertically mounted on a horizontal flat plate. The Reynolds number was varied from $6.5{\times}10^3$ to $28.5{\times}10^3$ and the incidence angle ${\alpha}$ was changed from $0^{\circ}$ to $45^{\circ}$. The ratio of boundary layer thickness to the prism height was about ${\delta}/H=7%$. The time-averaged velocity, turbulence intensity and the vortex shedding frequency were obtained through a single-component hotwire probe. Power spectrum of the streamwise velocity fluctuations revealed that the tip and base vortices shed at the same frequency as that ofspanwise vortices. Furthermore, the results showed that the critical incidence angle corresponding to the maximum Strouhal number and minimum wake width occurs at ${\alpha}_{cr}=15^{\circ}$ which is equal to that reported for an infinite prism. There is a reduction in the size of the wake region along the height of the prism when moving away from the ground plane towards the free end.
The flow interaction between two identical neighboring twin square prisms in a staggered arrangement in an open terrain was investigated experimentally. The downwind prism was mounted on a rigid-aeroelastic setup in an open-terrain boundary layer flow to measure its acrosswind root-mean-square responses and aerodynamic damping ratios. By varying the relative location of the upwind prism and the Scruton number associated with the downwind prism, the acrosswind aeroelastic behavior of the downwind prism was analyzed and compared to that of an isolated one. Results showed that the acrosswind root-mean-square response of the downwind prism could be either suppressed or enhanced by the wake flow produced by the neighboring upwind prism. Besides the assessment of the wake effect of the downwind prism, finally, regressed relationships were presented to describe the variation of the aerodynamic damping ratio so as to predict its acrosswind fluctuating response numerically.
The Characteristics of the drag reduction of a square prism having a detached splitter plate at the wake side was investigated by measuring of fluid force on the square prism and by visualization of the field using PIV. The experimental parameters were the width ratios(H/B=0.5~1.5) of splitters to the prism width and the gap ratios (G/B=0~2) between the prism and the splitter plate. The drag reduction rate was increased with H/B, and was increased and decreased with G/B. The maximum drag reduction rate was represented by 24.2% at H/B=1.5 and G/B=0.5. The two vortices were generated by the splitter plate at the wake region of the prism. The direction of the vortex was clockwise at the upside of the splitter plate and counterclockwise at the downside.
Cruz Y. Li;Xisheng Lin;Gang Hu;Lei Zhou;Tim K.T. Tse;Yunfei Fu
Wind and Structures
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제37권3호
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pp.191-209
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2023
This work investigates the subcritical free-shear prism wake at Re=22,000 by the Koopman analysis using the Dynamic Mode Decomposition (DMD) algorithm. The Koopman model linearized nonlinearities in the stochastic, homogeneous anisotropic turbulent wake, generating temporally orthogonal eigen tuples that carry meaningful, coherent structures. Phenomenological analysis of dominant modes revealed their physical interpretations: Mode 1 renders the mean-field dynamics, Modes 2 describes the roll-up of the Strouhal vortex, Mode 3 describes the Bloor-Gerrard vortex resulting from the Kelvin-Helmholtz instability inside shear layers, its superposition onto the Strouhal vortex, and the concurrent flow entrainment, Modes 6 and 10 describe the low-frequency shedding of turbulent separation bubbles (TSBs) and turbulence production, respectively, which contribute to the beating phenomenon in the lift time history and the flapping motion of shear layers, Modes 4, 5, 7, 8, and 9 are the relatively trivial harmonic excitations. This work demonstrates the Koopman analysis' ability to provide insights into free-shear flows. Its success in subcritical turbulence also serves as an excellent reference for applications in other nonlinear, stochastic systems.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제22권4호
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pp.451-459
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1998
THe influence of internal acoustic exitation through a square prism on the turbulent wake flow characteristics was investigated. The intermediate wake region where is about ten times the respective length of the body was experimentally investigated using a conditional phase average technique. At first the static base pressures of square prism and the shedding frequencies have been measured at various internal acoustic exciation frequencies. The experiment were performed under the four cases of internal acoustic excitation frequencies 0Hz 30Hz($St_e$=0.09) 65Hz($St_e$=0.20) 120Hz($St_e$=0.38) And velocity vector fields were presented and discussed. The influence of acoustic exvitation frequencies on the structure of intermediate turbulent wake region is evident. As the internal acoustic frequency increased shedding frequency gradually increased and aerodynamic force decreased. Also it was found that the vortex shedding occurs dratically well and shedding frequency reached nearly the same value as the internal acoustic frequency. but above Strouhal number 0.3 the influence disappeared.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제37권4호
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pp.338-343
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2013
본 연구는 후류측에 분리된 분할판(Detached splitter plate)을 설치한 경우 정방형주의 주위의 유동장 특성을 분할판의 폭과 정방형주 후면에서부터 분할판까지의 간격을 변수로 하여 PIV를 이용한 가시화실험으로 파악한 것이다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 분할판 후류측에서 측정한 Strouhal 수는 분할판의 폭비 및 간격비가 증가할수록 감소했다. 분할판의 상부에는 시계방향의, 하부에는 반시계방향의 볼테스가 존재하였고, 이 볼텍스 영역의 크기는 분할판 폭비가 클수록 크게 나타났다. 분할판을 가진 정방형주 후류측에는 역류가 존재하였고, 이 역류의 크기는 분할판 폭비가 클수록 증가했다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제30권3호
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pp.389-395
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2006
The fluid force reduction of a square prism having fences on the corner was studied by the measuring the drag and lift acting on the prism and by the visualization experiment of the flow around the prism. The height of the fence was 10% of the square width and the range of Reynolds number considered was from $Re=0.9{\times}104$ to $Re=2.1{\times}104$. The drag of the prism was reduced about 6.8% and the amplitude of the lift was reduced by attaching two normal fences on the rear corners of the prism. In this case, the separated flow at the front corners was reattached on the upper and lower sides of the prism and the vortex streets at the wake region were appeared more slowly than that of the prototype prism.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제26권4호
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pp.485-492
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2002
The present study is aimed to reveal macroscopic aerodynamic characteristics of two-dimensional rectangular prisms with three aspect ratios(D/H=1, 2 and 3) and six angles of attack($0^{circ}, 10^{circ}, 13.5^{circ}, 20^{circ}, 30^{circ} and 45^{\circ}$). The Reynolds number is fixed as $1\times10^4$. The SOLA-based revised finite difference method for the conservation form on irregular grid was adopted as a new numerical method. Instantaneous flow patterns at $45^{\circ}$ in case of D/H=2 and D/H=3 show larger asymmetric wake development which is closely related to the sharp decrease of drag coefficients at higher angles of attack range. Vorticity propagation into enlarged wake region is conjectured to be responsible for this phenomenon. The Strouhal number is found to be sensitive to the angle of attack at higher aspect ratios(D/H=2 and 3).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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