Journal of the Korean Society of Mechanical Technology
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v.13
no.4
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pp.57-62
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2011
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.
The response characteristics and suppression of flow-induced vibrations of rectangular prisms with various width-to-depth ratios were experimentally investigated. The prisms were rigid and elastically mounted at both ends to enable constrained torsional vibrations only. The present study focused on torsional vibrations, one of the three types of flow-induced vibrations generated in a rectangular prism. First, the response characteristics of torsional vibrations generated in rectangular prisms were investigated by free-vibration tests. It was found that the response characteristics of torsional vibrations generated in rectangular prisms could be classified into six patterns depending on the width-to-depth ratio. Next, the response characteristics of torsional vibrations observed in the free-vibration tests were reproduced by forced-vibration tests, and the mechanisms by which the three types of flow-induced vibrations, low-speed torsional flutter, vortex excitation and high-speed torsional flutter, are generated in the rectangular prisms were elucidated on the basis of characteristics of fluid forces and visualized flow patterns. Experiments were also carried out to establish an effective method for suppressing flow-induced vibrations generated in the rectangular prisms, and it was found that low-speed torsional flutter and high-speed torsional flutter could be suppressed by placing a small normal plate upstream of the prism, which results in suppression of the alternating rolling-up of the shear layers separating from the leading edges of the prism. It was also found that vortex excitation could be suppressed by placing a splitter plate downstream of the prism, which results in suppression of the generation of wake vortices.
The closed-form expressions of gravity, magnetic, gravity gradient tensor, and magnetic gradient tensor due to a rectangular prism are derived. The vertical gravity is derived via triple integration of a rectangular prism in Cartesian coordinates, and the two horizontal components of vector gravity are then derived via cycle permutation of the axis variables of vertical gravity through the axial symmetry of the rectangular prism. The gravity gradient tensor is obtained by differentiating the vector gravity with respect to each coordinate. Using Poisson's relation, a vector magnetic field with constant magnetic direction can be obtained from the gravity gradient tensor. Finally, the magnetic gradient tensor is derived by differentiating the vector magnetic with respect to appropriate coordinates.
The effects of upstream velocity profiles on the flow around a low-rise rectangular prism submerged in a turbulent boundary layer have been investigated. Three different boundary layer profiles are generated, which are characterized by boundary layer height, displacement thickness, and momentum thickness. Flow characteristics variations caused by the different layers such as those in turbulent kinetic energy distribution and locations of re-circulating cavities and reattachment points have been precisely measured by using a PIV (Particle Image Velocimetry) technique. Observations were made in a boundary layer wind tunnel at $Re_H$=7900, based on a model height of 40 mm and a free stream velocity of 3 m/s with 15 - 20% turbulence intensity.
Journal of the Korean Society of Mechanical Technology
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v.13
no.3
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pp.25-30
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2011
Flow control of flow field is essential to design efficient elements relating to fluid machineries. In this study, flow characteristics of rectangular prism with center gap through-flow at different aspect ratio was investigated to flow control. It was used a FLUENT 6.3 version to study flow field. It was found that the through-flow disturbs the development of vertical velocity component and decreased the vortex size and critical value of a rapid change in pressure coefficient distribution.
Effect of boundary layer thickness on the flow characteristics around a rectangular prism has been investigated by using a PIV(Particle Image Velocimetry) technique. Three different boundary layers(thick, medium and thin)were generated in the Atmospheric Boundary Layer Wind Tunnel at Pusan National University. The thick boundary layer having 670mm thickness was generated by using spires and roughness elements. The medium thickness of boundary layer$(\delta=270mm)$ was the natural turbulent boundary layer at the test section with fully long developing length(18m). The thin boundary layer with 36.5mm thickness was generated by on a smooth panel elevated 70cm from the wind tunnel floor. The Reynolds number based on the free stream velocity and the height of the model was $7.9{\times}10^3$. The mean velocity vector fields and turbulent kinetic energy distribution were measured and compared. The effect of boundary layer thickness is clearly observed not only in the length of separation bubble but also in the reattachment points. The thinner boundary layer thickness, the higher turbulent kinetic energy peak around the model roof. It is strongly recommended that the height ratio between model and approaching boundary layer thickness should be a major parameter.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.26
no.4
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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).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.5
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pp.713-721
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2001
Characteristics of the conical vortices on the roof corner of a rectangular prism have been investigated by using a PIV(Particle Image Velocimetry) technique. The Reynolds number based on the free stream velocity and the height of the model was 5.3$\times$10$^3$. The mean, instantaneous velocity vector fields, vorticity fields, and turbulent kinetic energy distribution were measured for two different angles of attack, 30$^{\circ}$and 45$^{\circ}$. The PIV measurements clearly observed not only the conical main vortex and the secondary vortex but also the tertiary vortex which is firstly reported in this paper. Asymmetric formation of the corner vortex for the case of 30$^{\circ}$angle of attack produces relatively the high magnitude of vorticity and turbulent kinetic energy around the bigger vortex which generates the peak suction pressure on the roof. Fairly symmetric features of the roof vortex are observed in the case of 45$^{\circ}$angle of attack, however, the dynamic characteristics are proved to be asymmetric due to the rectangular shape of the roof.
Ji, Ho-Seong;Kim, Kyung-Chun;Lee, Seung-Hong;Boo, Jeong-Sook
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.6
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pp.893-901
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2002
Effect of boundary layer thickness on the flow characteristics around a rectangular prism has been investigated by using a PIV(Particle Image Velocimetry) technique. Three different boundary layers(thick, medium and thin)were generated in the Atmospheric Boundary Layer Wind Tunnel at Pusan National University. The thick boundary layer having 670 mm thickness was generated by using spires and roughness elements. The medium thickness of boundary layer($\delta$=270 mm) was the natural turbulent boundary layer at the test section floor with fairly long developing length(18 m). The thin boundary layer($\delta$=36.5 mm) was generated on the smooth panel elevated 70cm from the wind tunnel floor. The Reynolds number based on the free stream velocity(3 ㎧) and the height of the model(40 mm) was 7.9$\times$10$^3$. The mean velocity vector fields and turbulent kinetic energy distributions were measured and compared. The effect of boundary layer thickness was clearly observed not only in the length of separation bubble but also in the location of reattachment point. The thinner the boundary layer thickness, the higher the turbulent kinetic energy Peak around the model roofbecame. It is strongly recommended that the height ratio between the model and the approaching boundary layer thickness should be encountered as a major parameter.
Kim, Gyeong-Cheon;Ji, Ho-Seong;Chu, Jae-Min;Lee, Seok-Ho;Seong, Seung-Hak
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.4
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pp.578-586
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2002
Flow structures around a rectangular prism have been investigated by using a PIV(Particle Image Velocimetry) technique. A thick turbulent boundary layer was generated by using spires arid roughness elements. The boundary layer thickness, displacement thickness and momentum thickness were 650mm, 117.4mm and 78mm, respectively. The ratio between the model height(40mm) and the boundary layer thickness H/$\delta$, was 0.06. The Reynolds number based on the free stream velocity and the height of the model was 7.9$\times$10$^3$. The PIV measurements were performed at three different wall normal planes. Three recirculation regions at forward facing step, top of the roof and backward facing step are clearly seen and show three dimensional features. Dramatic changes of flow patterns are observed in the wake regions in the different spanwise wall normal planes. Instead of reattachment and recirculation zone, rising streamlines are depicted at the normal planes near the side wall due to the interaction with a rising horse shoe vortex. The peak of turbulent kinetic energy occurs at the separation bubble on top of the roof and the magnitude is 2.5 times higher compared with that of the wake region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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