Bhatt, Rajesh;Maiti, Dilip K.;Alam, Md. Mahbub;Rehman, S.
Wind and Structures
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v.26
no.5
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pp.331-341
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2018
A numerical study on the flow over a square cylinder in the vicinity of a wall is conducted for different Couette-Poiseuille-based non-uniform flow with the non-dimensional pressure gradient P varying from 0 to 5. The non-dimensional gap ratio L (=$H^{\ast}/a^{\ast}$) is changed from 0.1 to 2, where $H^{\ast}$ is gap height between the cylinder and wall, and $a^{\ast}$ is the cylinder width. The governing equations are solved numerically through finite volume method based on SIMPLE algorithm on a staggered grid system. Both P and L have a substantial influence on the flow structure, time-mean drag coefficient ${\bar{C}}_D$, fluctuating (rms) lift coefficient ($C_L{^{\prime}}$), and Strouhal number St. The changes in P and L leads to four distinct flow regimes (I, II, III and IV). Following the flow structure change, the ${\bar{C}}_D$, $C_L{^{\prime}}$, and St all vary greatly with the change in L and/or P. The ${\bar{C}}_D$ and $C_L{^{\prime}}$ both grow with increasing P and/or L. The St increases with P for a given L, being less sensitive to L for a smaller P (< 2) and more sensitive to L for a larger P (> 2). A strong relationship is observed between the flow regimes and the values of ${\bar{C}}_D$, $C_L{^{\prime}}$ and St. An increase in P affects the pressure distribution more on the top surface than on bottom surface while an increase in L does the opposite.
Jeong, Seung Jae;Yoon, Hyun Sik;Choi, Changyoung;Ha, Man Young
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.12
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pp.1113-1120
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2013
A numerical analysis of the effect of the position of a circular cylinder in a $45^{\circ}$ tilted enclosure on natural convection in the enclosure is presented. The location of the cylinder is changed between -0.4 and 0.4. The Rayleigh number is varied between $10^3$ and $10^5$. The effect of the location of the cylinder on natural convection in the enclosure is analyzed by the isothermal line, stream line, and surface-averaged Nusselt number. The flow and heat transfer characteristics are independent of time in the range of the Rayleigh number and cylinder location that is considered in this study. The surface-averaged Nusselt number of the cylinder and enclosure increases as the cylinder gets closer to the wall of the enclosure.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.11
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pp.1527-1534
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2001
Phase averaged velocity fields in the near wake region behind a square cylinder have been (successfully) obtained using randomly sampled PIV data sets. The Reynolds number based on the flow velocity and the vertex height was 3,900. To identify the phase information, we examined the magnitude of circulation and the center of peak vorticity. The center of vorticity was estimated from lowpass filtered vorticity contours (LES decomposition) adopting a sub-pixel searching algirithm. Due to the sinusoidal nature of firculation which is closely related to the instantaneous vorticity, the location of peak voticity fits well with a sine curve of the circulation magnitude. Conditionally-averaged velocity fields represent the barman vortex shedding phenomenon very well within 5 degrees phase uncertainty. The oscillating nature of the separated shear layer and the separation bubble at the top surface are clearly observed. With the hot-wire measurements of Strouhal frequency, we found thats the convection velocity changes its magnitude very rapidly from 25 to 75 percent of the free stream velocity along the streamwise direction when the flow passes by the recirculation region.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.12
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pp.1644-1651
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2000
In this study, the confined laminar flow and transport around a square cylinder with a planar fuel jet are numerically simulated. Both rear and front jets are considered, respectively. In each case, various ratios of the jet velocity to the fixed upstream velocity are taken into consideration. In case of the rear jet, the high mass-fraction region is formed along the streamlines from the jet exit, and the oscillation of the force on the square cylinder eventually disappears as the jet velocity is close to the upstream velocity. In case of the front jet, drag is significantly reduced when the jet velocity ratio is grater than 1. The results obtained exhibit flow and scalar-mixing charactered in a planar combustor.
Kim, Dong-Keon;Lee, Jong-Min;Seong, Seung-Hak;Yoon, Soon-Hyun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.11
s.242
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pp.1199-1208
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2005
The flow fields including velocities, turbulence intensities, Reynolds shear stress and turbulent kinetic energy were investigated using particle image velocimetry(PIV) to study the flow characteristics around two square cylinders in a tandem arrangement. The experiments were carried out in the range of the spacing from 1.0 to 4.0 widths of cylinder, Reynolds number of 5.3$\times$10$^{3}$ and 1.6$\times$10$^{4}$ respectively. Discontinuous jumping at the drag coefficient variation was found for two cylinders simultaneously when the spacing between two cylinders is varied. This phenomenon is attributed to a sudden change of the flow pattern which depends on the reattachment of the shear layer separated from the upstream cylinder. Near such a critical spacing, the changes of the flow fields as well as the effect of Reynolds number were studied in detail.
Experimental and numerical studies on the unsteady wake field behind a square cylinder near a wall were conducted to find out how the vortex shedding mechanism is correlated with gap flow. The computations were performed by solving unsteady 2-D Incompressible Reynolds Averaged Navier-Stokes equations with a newly developed ${\epsilon}-SST$ turbulence model for more accurate prediction of large separated flows. Through spectral analysis and the smoke wire flow visualization, it was discovered that velocity profiles in a gap region have strong influences on the formation of vortex shedding behind a square cylinder near a wall. From these results, Strouhal number distributions could be found, where the transition region of the Strouhal number was at $G/D=0.5{\sim}0.7$ above the critical gap height. The primary and minor shedding frequencies measured in this region were affected by the interaction between the upper and the lower separated shear layer, and minor shedding frequency was due to the separation bubble on the wall. It was also observed that the position (y/G) and the magnitude of maximum average velocity $(u/u_{\infty})$ in the gap region affect the regular vortex shedding as the gap height increases.
The flow around a structure has been an important subject in wind engineering research. There are various kinds of unstable aerodynamic phenomena with regard to a bluff body. In order to understand the physical mechanism of aerodynamic and aeroelastic instability of a bluff body, the relations between the flow around structures and the motion of body with various section shapes should be investigated. Based on a series of wind tunnel tests, this paper addresses the aerodynamic stability of square cylinder with various corner cuts and attack angles in the uniform flow. The test results show that the models with corner cut produced generally better behaviour for the galloping phenomenon than the original section. However, the corner cut method can not prevent the occurrence of the vortex-induced vibration(VIV). It is also shown that as the attack angle changes, the optimum size of corner cut changes also. This means that any one specific size of corner cut which shows the best aerodynamic behaviour throughout all the cases of attack angles does not exist. This paper presents an intensive study on obtaining the optimum size of corner cut for the stabilization of aerodynamic behaviour of cylinders.
Moballa, Burniadi;Chern, Ming-Jyh;Odhiambo, Ernest
Interaction and multiscale mechanics
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v.6
no.2
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pp.211-235
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2013
An incompressible smoothed particle hydrodynamics (ISPH) method based on the incremental pressure projection method is developed in this study. The Rayleigh-B$\acute{e}$nard convection in a square enclosure is used as a validation case and the results obtained by the proposed ISPH model are compared to the benchmark solutions. The comparison shows that the established ISPH method has a good performance in terms of accuracy. Subsequently, the proposed ISPH method is employed to simulate natural convection from a heated cylinder in a square enclosure. It shows that the predictions obtained by the ISPH method are in good agreements with the results obtained by previous studies using alternative numerical methods. A rotating and heated cylinder is also considered to study the effect of the rotation on the heat transfer process in the enclosure space. The numerical results show that for a square enclosure at, the addition of kinetic energy in the form of rotation does not enhance the heat transfer process. The method is also applied to simulate forced convection from a circular cylinder in an unbounded uniform flow. In terms of results, it turns out that the proposed ISPH model is capable to simulate heat transfer problems with the complex and moving boundaries.
Paraskovia Kolesova;Mustafa G. Yousif;Hee-Chang Lim
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.22
no.2
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pp.44-54
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2024
This study investigates the effectiveness of using a plasma actuator for active control of turbulent flow around a finite square cylinder. The primary objective is to analyze the impact of plasma actuators on flow separation and wake region characteristics, which are critical for reducing drag and suppressing vortex-induced vibrations. Direct Numerical Simulation (DNS) was employed to explore the flow dynamics at various operational parameters, including different actuation frequencies and voltages. The proposed methodology employs a neural network trained using the Proximal Policy Optimization (PPO) algorithm to determine optimal control policies for plasma actuators. This network is integrated with a computational fluid dynamics (CFD) solver for real-time control. Results indicate that this deep reinforcement learning (DRL)-based strategy outperforms existing methods in controlling flow, demonstrating robustness and adaptability across various flow conditions, which highlights its potential for practical applications.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.57
no.2
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pp.96-103
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2020
The new geometric disturbance is proposed to control the flow around the bluff body. The new geometry is characterized by the variable pitch which is applied on the Helically Elliptic Twisted (HET) cylinder. The performance of the HTE geometry as a biomimetic passive flow control was confirmed by Jung and Yoon (2014). The Large Eddy Simulation (LES) is used for the evaluation of the flow control performance of the Variable Pitch HTE (VPHTE) cylinder at Reynolds number (Re) of 3000 corresponding to the subcritical regime. The circular and HTE cylinders are also considered to compare the performance of the VPHTE cylinder at the same Re. The VPHTE cylinder gives the smallest values of the force coefficients than the circular and HTE cylinders. The drag and lift coefficients of the VPHTE cylinder are about 15.2% and 94.0% lower than those of the circular cylinder, respectively. Especially, the VPHTE cylinder achieves about 2.3% and 30.0% reduction of the drag coefficient and the root mean square of the lift coefficient than the HTE cylinder, respectively. Furthermore, The VPHTE cylinder forms more elongated and stabilized separated shear layer than the circular cylinder, which supports the reduction of the force coefficients.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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