Kim, Sungcho;Kim, Cheol;Choi, Jonggeun;Lee, Seokjeong
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.7
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pp.967-974
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2001
Experimental investigations on the flow characteristics of downstream region of a butterfly valve, which is used in SI engine, have been conducted according to Reynolds number and valve angle. Measurement programs of the flowfield using x-type of hotwire anemometry include the mean and fluctuating velocity, turbulnet intensity, shear stress, power spectrum and pressure loss coefficient. Experimental results show that flow characteristics and independent of relatively high Reynolds number; 60,000 and 80,000. It is also seen that streamwise mean velocities have relatively large velocity gradient around the butterfly valve with increasing the valve opening angle and this trend appears even in the far downstream region. The distributions of turbulent intensity and shear stress show irregular behavior regardless of the valve opening angle and those of the case of the valve opening angle of 45°are the largest. The pressure loss coefficient of the body surface of the throttle valve increases mildly with the increase of Reynolds number and increases rapidly with the reduction of the valve opening angle.
The offects of a small control rod (d=3mm) located near a main circular cylinder on the drag reduction and wake structure modification were investigated. The location of the small control rod mounted on a rod-like spring is self-adjusting according to the wake structure far optimal control of the flow around the main cylinder. The experiments were carried out at the Reynolds numbers based on the cylinder diameter (D=50mm) in the range $Re_{D}=1{\times}10^4{\~}6{\times}10^4$. Mean velocity and turbulent statistics were measured with varying the angle along the cylinder circumference ${\Theta}=15^{\circ},\;30^{\circ},\;45^{\circ}$ and the distance between the main and control rods L =0.7, 1. Compared with the bare cylinder, the main circular cylinder with the fixed and self-adjusting rods reduced drag coefficient by $10{\%}$ at the angle of ${\Theta}=45^{\circ}$. For the main cylinder with self-adjusting rot as the Reynolds numbers increase, the streamwise mean velocity is increased, however, the turbulence intensity is decreased. In addition, the control rods tested in this study are effective at higher Reynolds number than at lower Reynolds number.
Using a mathematical theory, we show that the optimality condition of a turbulent diffuser with maximum pressure recovery at the exit is zero shear stress along the wall. The optimal diffuser shape is designed through iterative procedures by using the $k-{\varepsilon}-{\nu}^{2}-f$ turbulence model for flow simulation. The Reynolds number based on the bulk mean velocity and the channel height at the diffuser entrance is 18,000. We also perform large eddy simulation to validate the shape design results and investigate the flow characteristics near the zero-skin friction wall. Results from large eddy simulation show that the skin friction is slightly higher than zero but is still very small as compared to that of the flat plate boundary layer flow Although the time-averaged wall shear stress is slightly above zero along the diffuser wall, instantaneous flow reversals occur intermittently. The streamwise mein velocity shows an asymptotic behavior of the half-power-law near the wall where the skin friction is close to zero.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.2
s.233
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pp.214-223
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2005
The characteristics of flow on two parallel plane jets was experimentally investigated. The two nozzles each with an aspect ratio of 20 were separated by 6 nozzle widths. Reynolds number based on nozzle width was set to 5,000 by nozzle exit velocity. The particle image velocimetry and pressure transducer were employed to measure turbulent velocity components and mean static pressure, respectively. In case of unventilated parallel plane jets, it was shown that a recirculation zone with sub-atmospheric static pressure was bounded by the inner shear layers of the individual jets and the nozzles plated. There was no recirculation zone in the ventilated parallel plane jets. It was found that the spanwise turbulent intensities of unventilated jets were higher than those of ventilated jets because of the interaction of jets, and the streamwise turbulent intensities of ventilated jets were higher than those of unventilated jets because of the effect of entrainment.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.6
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pp.776-785
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2001
Hot-wire measurements are performed in boundary layers developing on a NACA0012 airfoil over which wakes pass periodically. The Reynolds number based on chord length of the airfoil is 2$\times$10(sup)5 and the wakes are generated by circular cylinders rotating clockwise and counterclockwise around the airfoil. This paper and its companion Part II describe the phenomena of wake-induced transition of the boundary layers on the airfoil using measured data; phase-and time-averaged streamwise mean velocities, turbulent fluctuations, integral parameters and wall skin frictions. This paper describes the background and facility together with results of time-averaged quantities. Due to the passing wake with mean velocity defects and high turbulence intensities, the laminar boundary layer is periodically disturbed at the upstream station and becomes steady-state transitional boundary layer at the downstream station. The velocity defect in the passing wake changes the local pressure at the leading of the airfoil, significantly affects the time-mean pressure distribution on the airfoil and eventually, has influence on the transition process of the boundary layer.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.11
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pp.1476-1482
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2001
Turbulent boundary layer over a flat plate was disturbed by installing an elliptic cylinder with an axis ratio of AR=2. For comparison, the same experiment was carried out for a circular cylinder having the same vertical height. The surface pressure and the heat transfer coefficient on the flat plate were measured with varying the gap distance between the elliptic cylinder and the flat plate. The mean velocity and the turbulent intensity profile of the streamwise velocity component were measured using a hot-wire anemometry. As a result, the flow structure and the local heat transfer rate were modified by the interaction between the cylinder wake and the turbulent boundary layer as a function of the critical gap ratio where the regular vortices start to shed. For the elliptic cylinder, the critical gap ratio is increased and the surface pressure on the flat plate is recovered rapidly at downstream location, compared with the equivalent circular cylinder. The maximum heat transfer rate occurs at the gap ratio of G/B = 0.5, where the flow interaction between the lower shear layer of the cylinder wake and the turbulent boundary layer is strong.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.7
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pp.991-996
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2002
This paper presents the fabrication method of a micro-riblet film (MRF) using MEMS technology and the experimental results of the drag reduction of an airfoil with MRFs. Riblets having grooved surface in the streamwise direction has been proven as an effective passive control technique of the drag reduction. A V-grooved pattern on (100) silicon wafer is etched with anisotropic bulk micromachining. The MRF is completed by replicating the V-grooved pattern with polydimethylsiloxane (PDMS). Experiments were performed by measuring a velocity field behind the trailing edge of a NACA 0012 airfoil with and without MRFs in a closed-type subsonic wind tunnel using particle image velocimetry (PlV) technique. The MRF provides about 3.8 % drag reduction compared to the drag on a smooth airfoil when the freestream velocity of wind tunnel is 3.3 m/s.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.12
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pp.1674-1680
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2002
An experimental study was made of a large-scale vortical structure over a backward-facing step. The Reynolds number based on the step height was R $e_{H}$ =33,000. To recognize the large-scale vortex, three components of velocity were measured. The measurements were performed in the recirculation zone (x/H=4.0) and the reattachment zone(x/H=7.5). To measure the wall pressure fluctuations in a turbulent flow over a backward-facing step, a 32-channel microphone array was installed beneath the wall in the streamwise and spanwise directions. From the measured pressure field, the size of large-scale vortex was obtained. As a detailed study, a conditionally-averaging technique was employed to characterize the coherent structure of the large-scale vortex. To see the relationship between the flow field and the relevant spatial mode of the pressure field, the spatial box filtering (SBF) was examined. A cross-correlation between velocity and pressure fluctuations was performed to identify the structure and the length scale of the large-scale vortex.x.
Direct numerical simulation of a fully developed turbulent plane Couette-Poiseuille flow with a two-dimensional (2-D) rod-roughened wall is performed to investigate the impacts of the surface roughness. It is shown that the logarithmic region in the mean velocity profile over the rough wall Couette-Poiseuille flow is significantly shortened by the surface roughness compared to that over a turbulent Couette-Poiseuille flow with smooth wall. The Reynolds shear stress over the rough wall Couette-Poiseuille flow is decreased compared to that for a smooth case in the outer layer. These results are attributed to weakened turbulence activity or roll-cell mode over the rough wall Couette-Poiseuille flow near the channel centerline due to suppressed development of u'-structure on the top wall, as documented through spanwise energy spectra of the streamwise velocity fluctuations. Inspection of congregation motion near the bottom wall and time evolution of u'-structure reveal weakened co-supporting cycle for the rough wall case.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.6
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pp.2014-2022
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1996
Flow characteristics of the wake behind a finite circular cylinder(FC) mounted on a flat plate was experimentally investigated. Three finite cylinder models having aspect ratio (length to diameter ratio, L/D) of 6,10 and 13 were tested in this study. Wake velocity was measured by a hot-wire anemometry at Reynolds number of 20,000, and the results were compared with those of two-dimensional circular cylinder. As a result, the free-end effect on the wake structure becomes more dominant with decreasing the aspect ratio(L/D) of the finite cylinder. Invisid flow entrained into the wake region decreases the turbulence intensity and periodicity of the vortex shedding due to existence of the free end. From spectral analysis and cross correlation of the velocity signals, vortices having 24Hz frequency characteristics are found in the down wash flow just behind the free end. There exists very complicated flow near the free end due to interaction between the entrained flow and streamwise vortices. Vortex formation region is destroyed significantly in the near wake and shows quite different wake structures from those of 2-D cylinder.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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