Turbulent flows and related heat transfer in a square heated duct is investigated by a turbulence model and a large eddy simulation. The cooling channel of calorimeter is modeled to the square duct. The nonlinear k-ε-fμ model of Park et al. [3] is slightly modified and their explicit heat flux model is employed. The Reynolds number is varied in the range 4000≤Reb≤20000. The heat transfer is closely linked to the secondary flows which driven by the turbulent motion. Its magnitude is 1~3% of the mean streamwise velocity. The relation of Nu~Re0.8Pr0.34 is validated by comparing with the predicted Nu of k-ε-fμ model. Finally, the coherent structures and thermal fluctuations are scrutinized.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.6
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pp.2083-2099
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1991
An experiment has been carried out to investigate the aerodynamic effect of surface roughness on the characteristics of the turbulent separation and reattaching flow downstream of a backward-facing step. The distributions of boundary layer parameters, forward-flow fraction and turbulent stresses in the region near the reattachment point are measured with a split film sensor. It is demonstrated that the streamwise distributions of the forward-flow fraction in the recirculation and reattachment regions are similar, independent of the roughness. The reattachment length is found to be only weakly affected by the roughness. It is also shown that the velocity profile on the rough surface approaches to that of the equilibrium turbulent boundary layer faster than that on the smooth surface in the redeveloping region after reattachment.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.11
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pp.1540-1548
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2000
Near-wake flow field downstream of a circular cylinder in the wake-transition regime where fine-scale secondary vortices have a spanwise wavelength of around one diameter has been studied by means of phase-averaging from cinematic PIV data. A cross-correlation algorithm in conjunction with the FFT(Fast Fourier Transform)analysis and an offset correlation technique is used for obtaining the velocity vectors. Which the help of very high sampling rate compared to the shedding frequency, it is possible to obtain phase-averaged flow fields although the shedding is not forced but natural. Phase -locked three-dimensional vortical structures are reconstructed form the phase-averaged data in one x-y(cross-sectional) and several z-x(spanwise-streamwise)planes. In this process of phase-averaging in a z-x plane, a technique to freeze the secondary vortices relative to the centerline is applied. The formation process of the secondary vortices is shown by considering spatial relations between the primary Karman and the secondary vortices and their temporal evolutions.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.1
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pp.48-55
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2017
Aeroacoustic computation of a fully-developed turbulent pipe flow at $Re_{\tau}=175$ and M = 0.1 is conducted by LES/LPCE hybrid method. The generation and propagation of acoustic waves are computed by solving the linearized perturbed compressible equations (LPCE), with acoustic source DP(x,t)/Dt attained by the incompressible large eddy simulation (LES). The computed acoustic power spectral density is closely compared with the wall shear-stress dipole source of a turbulent channel flow at $Re_{\tau}=175$. A constant decaying rate of the acoustic power spectrum, $f^{-8/5}$ is found to be related to the turbulent bursts of the correlated longitudinal structures such as hairpin vortex and their merged structures (or hairpin packets). The power spectra of the streamwise velocity fluctuations across the turbulent boundary layer indicate that the most intensive noise at ${\omega}^+$ < 0.1 is produced in the buffer layer with fluctuations of the longitudinal structures ($k_zR$ < 1.5).
In this paper, we present a detailed mechanism of drag reduction by dimples and roughness on a sphere by measuring the streamwise velocity above the dimpled and roughened surfaces, respectively. Dimples cause local flow separation and trigger the shear layer instability along the separating shear layer, resulting in generation of large turbulence intensity. With this increased turbulence, the flow reattaches to the sphere surface with high momentum near the wall and overcomes strong adverse pressure gradient formed in the rear sphere surface. As a result, dimples delay main separation and reduce drag significantly. The present study suggests that generation of a separation bubble, i.e. a closed-loop streamline consisting of separation and reattachment, on a body surface is an important flow-control strategy for drag reduction on a bluff body such as the sphere and cylinder. In the case of roughened sphere, the boundary layer flow is directly triggered by roughness and changes to a turbulent flow. Due to this change, the drag significantly decreases. As the Reynolds number further increases, transition to turbulence occurs earlier on the sphere surface. Because of faster growth of turbulent boundary layer by roughness, earlier transition thickens the boundary layer, resulting in earlier separation and drag increase with increasing Reynolds number
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.4
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pp.587-593
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2002
The present research proposes a pressure based approach along with Langmuir slip condition for predicting microscale fluid flows. Using this method, gaseous slip flows in 2 -dimensional microchannels are numerically investigated. Compared to the DSMC simulation, statistical errors could be avoided and computing time is much less than that of the aforementioned molecular approach. Maxwell slip boundary condition is also studied in this research. These two slip conditions give similar results except for the pressure nonlinearity at high Knudsen number regime. However, Langmuir slip condition seems to be more promising because this does not need to calculate the streamwise velocity gradient accurately and to calibrate the empirical accommodation coefficient. The simulation results show that the proposed method using Langmuir slip condition is an effective tool for predicting compressibility and rarefaction in microscale slip flows.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.9
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pp.1015-1021
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2004
Micro-resolution Particle Image Velocimetry(Micro-PIV) was used to measure the flow in a micro-branch(Micro-Bypass). In this paper, effects of particle lump at the tip of a Micro-branch and difficulties of Micro-PIV measurements for microfluidics with branch passage were described. Micro-bypass was composed of a straight channel(200(100)${\mu}$m width ${\times}$ 80${\mu}$m height) and two branches which has 100(50)${\mu}$m width ${\times}$ 80${\mu}$m height. One of branches was straight and the other was curved. Experiments were performed at three regions along streamwise direction(entrance, middle and exit of branch) and five planes along vertical direction (0, ${\pm}$10, ${\pm}$20 ${\mu}$m) for the range of Re=0.24, 1.2, 2.4. Numerical simulation was done to compare with the measurements and understand the effects of particle lump at the tip of branch. And another fluid(3% poly vinyl Alcohol aqueous solution) were adapted for this study, so there were no particle sticking. In this case, we could get velocity difference between straight and curved branches.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.6
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pp.819-828
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2001
The operating point of a small-sized axial fan is strongly dependent upon the system resistance. Therefore, the turbulent flow characteristics around a small-sized axial fan may change significantly according to the operating point. This study represents three-dimensional turbulent flow characteristics around a small-sized axial fan measured at the ideal design point $\phi$=0.25, which is equivalent to the maximum total efficiency point, by using three dimensional fiber-optic type LDA system. This LDA system is composed of a 5 W Argon-ion laser, two optics in back-scatter mode, three BSAs, a PC, and a three-dimensional automatic traversing system. A kind of paraffin fluid is used to supply particles by means of fog generator. Mean velocity profiles downstream of a small-sized axial fan along the radial distance show that the streamwise and the tangential components exist in a predominant manner, while the radial component has a small scale distribution and shows the inflection which its flow direction is inward or outward. Moreover, the turbulent intensity profiles show that the radial component exists the most greatly among turbulent energies.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.15
no.2
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pp.151-156
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2009
This experimental study investigated in to the flow characteristics around staggered cooling tube arrays of fan coil unit for ship. A particle image velocimetry technique was employed to obtain detailed measurements at inlet-velocity-based Reynolds numbers of $Re=1.5{\times}10^3{\sim}Re=2.5{\times}10^3$. As for the results, the flow evolves rapidly and becomes spatially periodic in the streamwise direction after a relatively short distance. The flow exhibits strong Reynolds number dependence in developing region but no significant Reynolds number effects are observed in spatially periodic region.
The presence of a layer of vegetation which is relevant in river engineering or coastal engineering can modify the overall flow resistance, turbulent characteristics of flow. The patch of vegetation can be modelled and studied in a simple porous cylinder by previous researchers. Fully three dimensional Large Eddy Simulation is conducted in flow past a porous cylinder with a solid volume fraction (SVF) 0f 20%. The porous cylinder of diameter D contains 89 smaller cylinders which diameter is 0.048D in a regular staggered way. Reynolds number based on porous cylinder diameter D and the bulk velocity is 10,000. The large scale shedding is qualitatively similar to the one observed in the non-porous case (SVF=100%). The difference in the dynamics of the separated shear layer and the streamwise flow penetrating through the porous cylinder are compared with those in the non-porous cylinder. In particular, the wake billows form a larger distance from the back of the porous cylinder.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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