Direct numerical and large eddy simulations of transitional flows around studs installed on flat plate and bulbous bow have been performed to investigate an effectiveness of turbulence stimulators on laminar-to-turbulence transition at a very low speed. The flow velocity was determined to be 0.366m/s corresponding to 4 knots of full-scale ship speed when the objective ship was Kriso container ship. The spatial evolution of skin friction coefficient disclosed that a fully development of turbulence was observed behind the second stud installed on flat plate while a rapid transition from laminar to turbulence gave rise to the fully development of turbulence behind the first stud installed on bulbous bow. A comparison of streamwise mean velocity profiles showed that the viscous sublayer and log-layer were in good agreement with previous results although the friction velocity of Smagrosinsky sub-grid scale model was about 10% larger than that of direct numerical simulation. While the turbulence intensities of bulbous bow was similar to those of flat plate in inner region, larger intensities of turbulence were observed in outer region of bulbous bow than those of flat plate.
Pasqualetto, Elena;Lunghi, Gianmarco;Rocchio, Benedetto;Mariotti, Alessandro;Salvetti, Maria Vittoria
Wind and Structures
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제34권1호
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pp.101-113
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2022
We experimentally investigate the high-Reynolds flow around a rectangular cylinder of aspect ratio 5:1. This configuration is the object of the international BARC benchmark. Wind tunnel tests have been carried out for the flow at zero angle of attack and a Reynolds number, based on the crossflow cylinder length and on the freestream velocity, equal, to 40 000. Velocity measurements are obtained by using hot-wire anemometry along 50 different cross-flow traverses on the cylinder side and in the near wake. Differential pressure measurements are acquired on multiple streamwise sections of the model. The obtained measurements are in a good agreement with the state-of-the-art experiments. For the first time among the several contributions to the BARC benchmark, detailed flow measurements are acquired in the region near the cylinder side and in the near-wake flow. The edges and the thickness of the shear layers detaching from the upstream edges are derived from velocity measurements. Furthermore, we compute the flow frequencies characterizing the roll-up of the shear layers, the evolution of vortical structures near the cylinder side and the vortex shedding in the wake.
Ahmad, Imtiaz;Hadj-Taieb, Lamjed;Hussain, Muzamal;Khadimallah, Mohamed A.;Taj, Muhammad;Alshoaibi, Adil
Smart Structures and Systems
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제29권5호
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pp.747-755
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2022
Hierarchical structure parameters, proposed in She-Leveque model, are investigated for velocity components obtained from different flow types over a large range of Reynolds numbers 255 < Re𝜆 < 720. The values of intermittency parameter 𝛽, with respect to a fixed velocity component, are observed nearly same for all four types of turbulence. The parameter 𝛾, for streamwise velocity components is nearly the same but significantly different for vertical components in different flows. It is also observed that for both parameters, an obvious relation between the longitudinal and transverse components 𝛽T < 𝛽L (and 𝛾T < 𝛾L) always holds. However, the difference between 𝛽L and 𝛽T is found very small in all types of turbulent flows, we studied here. It is evidenced that at low Reynolds numbers, the deviations from K41 scaling are mainly due to the most intense structures and slightly because of more heterogeneous hierarchy of fluctuation structures. However, at higher Reynolds numbers the deviations seem as a consequence of the most intense structures only. Over all, the study suggests that the hierarchy parameter 𝛽 may be consider as a universal constant.
The flow structures of turbulent shear layer behind oil fences with different tip configurations were investigated experimentally using flow visualization and PIV velocity field measurement. An oil fence was installed in a circulating water channel and the flow structure around the fence tip was mainly analyzed in this experiment. The four tip configurations tested in this experiment are knife edge; semi-circle edge, circular edge and rectangular edge. The 300 instantaneous velocity fields were measured using the single-frame PIV system and they were ensemble averaged to give the mean velocity field and spatial distribution of turbulent statistics. Free stream velocity was fixed at 10ms/sec and the corresponding Reynolds number based on the fence height was Re=4000. As a result, for the oil fence with rectangular edge, the streamwise velocity component was decreased. On the other hand it was increased for the oil fence with circular edge. For all four fences tested in this study, general flow pattern of the lower shear layer is analogous but the upper layer shows difference depending on the tip configurations. The oil fence with circular edge has more diffusive upper shear layer than that of the others. The shear layer of the oil fence with rectangular edge has relatively thin thickness. The oil fence with circular edge was found to be proper shape for tandem fence.
This paper investigates the effects of acoustic forcing on NOx emissions and mixing process in the near field region of turbulent hydrogen nonpremixed flames. The resonance frequency was selected to force the coaxial air jet acoustically, because the resonance frequency is effective to amplify the forcing amplitude and reduce NOx emissions. When the resonance frequency is acoustically excited, a streamwise vortex is formed in the mixing layer between the coaxial air jet and coflowing air. As the vortex develops downstream, it entrains both ambient air and combustion products into the coaxial air jet to mix well. In addition, the strong vortex pulls the flame surface toward the coaxial air jet, causing intense chemical reaction. Acoustic excitation also causes velocity fluctuations of coaxial air jet as well as fuel jet but, the maximum value of centerline fuel velocity fluctuation occurs at the different phases of $\Phi$=$180^{\circ}$ for nonreacting case and $\Phi$=$0^{\circ}$ for reacting case. Since acoustic excitation enhances the mixing rate of fuel and air, the line of the stoichiometric mixture fraction becomes narrow. Finally, acoustic forcing at the resonance frequency reduces the normalized flame length by 15 % and EINOx by 25 %, compared to the flame without acoustic excitation.
A 2D-LDV system was employed to investigate the flow field characteristics in fully developed drag reducing turbulent channel flows. The additive used in this study was Habon-G which showed splendid drag reduction effect and minimum mechanical degradation trend in the closed flow circulation loop. In order to have better understanding of the drag reduction mechanism, the instantaneous velocities were carefully measured under various experimental conditions and the flow characteristics including time-averaged velocity, turbulent intensity and Reynolds shear stresses were carefully assessed. The time-averaged velocity profiles of surfactant flows showed more parabolic shape(typically shown in a laminar flow) together with significant suppression of turbulent production, yielding the shear induced micelle structure orienting in the flow direction due to its isotropic characteristics. Especially it was observed that the maximum intensity for drag reducing flows was shifted away from the wall and that the streamwise and normal turbulent intensities were strongly altered. This phenomenon strongly suggests that the viscous sublayer becomes thicker with addition of surfactant. Turbulent momentum transport was drastically suppressed across the whole drag reducing channel flow.
The present study focuses on the case of developing flow with in a channel containing a long array of sinusoidal waves (2a/${\lambda}$=0.1, ${\lambda}$=h, ${\lambda}$ is the wavelength, 2a is the wave height, h is the mean channel depth) at the bottom wall. The Reynolds number defined with channel height, h and the mean velocity, U, is Re=6,700. The channel is sufficiently long such that transition is completed and the flow is fully developed over the downstream half of the channel. For the case of an incoming steady flow with no resolved turbulence, the instantaneous flow fields in the transition region are characterized by the formation of arrays of highly-organized large-scale hairpin vortices whose dimensions scale with that of the roughness elements. The paper explains the mechanism for the formation of these arrays of hairpin vortices and shows these eddies play the primary role in the formation of the large-scale streaks of high and low velocity over the wavy wall region. The presence of resolved turbulence in the incoming flow, reduces the streamwise distance needed for the streaks to develop over the wavy region, but does not affect qualitatively the transition process. In the fully-developed region, isolated and trains of large-scale hairpins play an important role in the dynamics of the streaks over the wavy wall.
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.
Bent duct 는 손실을 가중시키고, 효율을 저하시킨다. 지금까지 bent duct에 대한 많은 연구가 진행되었지만, 입구와 출구가 같은 형상에 대해서 연구가 되어왔다. 이번 연구에서는 입구는 환형이지만, 출구는 원형을 가진 bent duct에 대해서 진행되었다. 입구 속도 54 m/s, 레이놀즈수 238,000에서 수행된 이번 연구에서는 bent duct 바깥에 태핑홀을 배치하여 정압분포를 확인하고, 입구와 출구에서 5공 프로브로 유동을 측정하여 스트림 방향 속도 프로파일과 전압 손실 계수를 얻었다. 본 연구에서는 전압 손실 계수, 0.243를 얻었다.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제2권3호
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pp.215-222
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2009
Jets issuing through small holes in a wall into a freestream has proven effective in the control of flow separation. This technique is known as the vortex generator jet (VGJs) method. If a precursor signal of separation is found, the separation control system using VGJs can be operated just before the onset of separation and the flow field with no separation is always attained. In this study, we measured the flow field and the wall static pressure in a two-dimensional diffuser to find a precursor signal of flow separation. The streamwise velocity measurements were carried out in the separated shear layer and spectral analysis was applied to the velocity fluctuations at some angles with respect to the diffuser. The pattern of peaks in the spectral analysis changes as the divergence angle increases over the angle of which the whole separation occurs. This change in the spectral pattern is related to the enhancement of the growth of shear layer vortices and appears just before the onset of separation. Therefore, the growth of shear layer vortices can be regarded as a precursor signal to flow separation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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