Lee, Young Tae;Boo, Soo Ii;Lim, Hee Chang;Misutani, Kunio
Wind and Structures
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v.23
no.5
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pp.465-483
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2016
This study aims to enhance the understanding of the surface pressure distribution around rectangular bodies, by considering aspects such as the suction pressure at the leading edge on the top and side faces when the body aspect ratio and wind direction are changed. We carried out wind tunnel measurements and numerical simulations of flow around a series of rectangular bodies (a cube and two rectangular bodies) that were placed in a deep turbulent boundary layer. Based on a modern numerical platform, the Navier-Stokes equations with the typical two-equation model (i.e., the standard $k-{\varepsilon}$ model) were solved, and the results were compared with the wind tunnel measurement data. Regarding the turbulence model, the results of the $k-{\varepsilon}$ model are in overall agreement with the experimental results, including the existing data. However, because of the blockage effects in the computational domain, the pressure recovery region is underpredicted compared to the experimental data. In addition, the $k-{\varepsilon}$ model sometimes will fail to capture the exact flow features. The primary emphasis in this study is on the flow characteristics around rectangular bodies with various aspect ratios and approaching wind directions. The aspect ratio and wind direction influence the type of wake that is generated and ultimately the structural loading and pressure, and in particular, the structural excitation. The results show that the surface pressure variation is highly dependent upon the approaching wind direction, especially on the top and side faces of the cube. In addition, the transverse width has a substantial effect on the variations in surface pressure around the bodies, while the longitudinal length has less influence compared to the transverse width.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.10
no.2
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pp.138-145
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2017
The problem of non-uniform inflow exists in many practical engineering applications, such as the elbow suction pipe of waterjet pump and, the channel head of steam generator which is directly connect with reactor coolant pump. Generally, pumps are identical designs and are selected based on performance under uniform inflow with the straight pipe, but actually non-uniform suction flow is induced by upstream equipment. In this paper, CFD approach was employed to analyze unsteady hydrodynamic characteristics of reactor coolant pumps with different inflows. The Reynolds-averaged Naiver-Stokes equations with the $k-{\varepsilon}$ turbulence model were solved by the computational fluid dynamics software CFX to conduct the steady and unsteady numerical simulation. The numerical results of the straight pipe and channel head were validated with experimental data for the heads at different flow coefficients. In the nominal flow rate, the head of the pump with the channel head decreases by 1.19% when compared to the straight pipe. The complicated structure of channel head induces the inlet flow non-uniform. The non-uniformity of the inflow induces the difference of vorticity distribution at the outlet of the pump. The variation law of blade to blade velocity at different flow rate and the difference of blade to blade velocity with different inflow are researched. The effects of non-uniform inflow on radial forces are absolutely different from the uniform inflow. For the radial forces at the frequency $f_R$, the corresponding amplitude of channel head are higher than the straight pipe at $1.0{\Phi}_d$ and $1.2{\Phi}_d$ flow rates, and the corresponding amplitude of channel head are lower than the straight pipe at $0.8{\Phi}_d$ flow rates.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.8
s.227
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pp.895-901
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2004
Single-phase convection and nucleate boiling heat transfer were locally investigated for confined planar water jets. The detailed distributions of the wall temperature and the convection coefficient as well as the typical boiling curves were discussed. The curve for the single-phase convection indicated the developing laminar boundary layer, accompanied by monotonic increase of the wall temperature in the stream direction. Boiling was initiated from the furthest downstream as heat flux increased. Heat transfer variation according to the streamwise location was reduced as heat flux increased enough to create the vigorous nucleate boiling. Velocity effects were considered for the confined free-surface jet. Higher velocity of the jet caused the boiling incipient to be delayed more. The transition to turbulence precipitated by the bubble-induced disturbance was obvious only for the highest velocity, which enabled the boiling incipient to start in the middle of the heated surface, rather than the furthest downstream as was the case of the moderate and low velocities. The temperature at offset line were somewhat tower than those at the centerline for single-phase convection and partial boiling, and these differences were reduced as the nucleate boiling developed. For the region prior to transition, the convection coefficient distributions were similar in both cases while the temperatures were somewhat lower in the submerged jet. For single-phase convection, transition was initiated at $x/W{\cong}2.5$ and completed soon for the submerged jet, but the onset of transition was retarded to the distance at $x/W{\cong}6$ for the fee-surface jet.
Kim, Han-Seok;Ahn, Kook-Young;Kim, Ho-Keun;Yu, Myung-Jong;Baek, Seung-Wook
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.2
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pp.215-226
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2003
Experimental and numerical studies have been done to examine the effects of excess air ratio and tertiary air swirl number on the formation characteristics of NOx in a pilot scale combustor adopting a multi-air staged burner. In numerical calculation the mathematical models for turbulence, radiation and nitric oxide chemistry were taken into account. The radiative transfer equation was solved using the discrete ordinates method with the weighted sum of gray gases model. In the NOx chemistry model, the chemical reaction rates for thermal and prompt NOx were statistically averaged using a probability density function. The results were validated by comparison with measurements. For the experiment, a 0.2 MW pilot multi-staged air burner has been designed and fabricated. Using the numerical simulation developed here, a variation of thermal and prompt NOx formation was predicted by changing the excess air ratio and tertiary air swirl number. As the excess air ratio increased up to 1.9, the formation of the total as well as thermal NOx at exit increased while the prompt NOx decreased. The formation of thermal NOx was more affected by concentration of $O_2$ and $N_2$ than gas temperature. When the tertiary air swirl number increased, the formation of the total as well as the prompt NOx slightly decreased.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.283-290
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2007
Recently, plastic products in air-intake parts of automotive engines have become very popular due to advantages that include reduced weight, constricted cost, and lower intake air temperature. However, flow-induced noise in air-intake parts becomes a more serious problem for plastic intake-manifolds than for conventional aluminum-made manifolds. This is due to the fact that plastic manifolds transmit more noise owing to their lower material density. Internal aerodynamic noise from an Idle Speed control Actuator (ISA) is qualitatively analyzed by using a scaling law, which is expressed with some flow parameters such as pressure drop, maximum flow velocity, and turbulence kinetic energy. First, basic flow characteristics through ISA passage are identified with the flow predictions obtained by applying Computational Fluid Dynamics techniques. Then, the effects on ISA passage noise of each design factors including the duct turning shape and vane geometries are assessed. Based on these results, the preliminary low noise design for the ISA passage are proposed. The current method for the prediction of internal aerodynamic noise consists of the steady CFD and the scaling laws for the noise prediction. This combination is most cost-effective, compared with other methods, and therefore is believed to be suited for the preliminary design tool in the industrial field.
A numerical study is conducted on the flow characteristics of a rectangular cylinder (chord-to-width ratio C/W = 2 - 10) mounted close to a rigid wall at gap-to-width ratios G/W = 0.25 - 6.25. The effects of G/W and C/W on the Strouhal number, vortex structure, and time-mean drag and lift forces are examined. The results reveal that both G/W and C/W have strong influences on vortex structure, which significantly affects the forces on the cylinder. An increase in G/W leads to four different flow regimes, namely no vortex street flow (G/W < 0.75), single-row vortex street flow ($0.75{\leq}G/W{\leq}1.25$), inverted two-row vortex street flow ($1.25<G/W{\leq}2.5$), and two-row vortex street flow (G/W > 2.5). Both Strouhal number and time-mean drag are more sensitive to C/W than to G/W. For a given G/W, Strouhal number grows with C/W while time-mean drag decays with C/W, the growth and decay being large between C/W = 2 and 4. The time-mean drag is largest in the single-row vortex street regime, contributed by a large pressure on the front surface, regardless of C/W. A higher C/W, in general, leads to a higher time-mean lift. The maximum time-mean lift occurs for C/W = 10 at G/W = 0.75, while the minimum time-mean lift appears for C/W = 2 at the same G/W. The impact of C/W on the time-mean lift is more substantial in single-row vortex regime. The effect of G/W on the time-mean lift is larger at a larger C/W.
Large Eddy Simulation (LES) is used to study the effects of steady slot suction on the aerodynamic forces of and flow around a wall-mounted finite-length square cylinder. The aspect ratio H/d of the tested cylinder is 5, where H and d are the cylinder height and width, respectively. The Reynolds number based on free-stream oncoming flow velocity U∞ and d is 2.78×104. The suction slot locates near the leading edge of the free end, with a width of 0.025d and a length of 0.9d. The suction coefficient Q (= Us/U∞) is varied as Q = 0, 1 and 3, where Us is the velocity at the entrance of the suction slot. It is found that the free-end steady slot suction can effectively suppress the aerodynamic forces of the model. The maximum reduction of aerodynamic forces occurs at Q = 1, with the time-mean drag, fluctuating drag, and fluctuating lift reduced by 3.75%, 19.08%, 40.91%, respectively. For Q = 3, all aerodynamic forces are still smaller than those for Q = 0 (uncontrolled case), but obviously higher than those for Q = 1. The involved control mechanism is successfully revealed, based on the comparison of the flow around cylinder free end and the near wake for the three tested Q values.
Gerdroodbary, M. Barzegar;Mokhtari, Mojtaba;Bishehsari, Shervin;Fallah, Keivan
Asian Journal of Atmospheric Environment
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v.10
no.3
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pp.125-136
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2016
In this study, the effects of the mesh barrier on the free dispersion of ammonia were numerically investigated under different atmospheric conditions. This study presents the detail and flow feature of the dispersion of ammonia through the mesh barrier on various free stream conditions to decline and limit the toxic danger of the ammonia. It is assumed that the dispersion of the ammonia occurred through the leakage in the pipeline. Parametric studies were conducted on the performance of the mesh barrier by using the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with realizable k-${\varepsilon}$ turbulence model. Numerical simulations of ammonia dispersion in the presence of mesh barrier revealed significant results in a fully turbulent free stream condition. The results clearly show that the flow behavior was found to be a direct result of mesh size and ammonia dispersion is highly influenced by these changes in flow patterns in downstream. In fact, the flow regime becomes laminar as flow passes through mesh barrier. According to the results, the mesh barrier decreased the maximum concentration of the ammonia gas and limited the risk zone (more than 500 ppm) lower than 2 m height. Furthermore, a significant reduction occurs in the slope of the upper boundary of $NH_3$ risk zone distribution at downstream when a mesh barrier is presented. Thus, this device highly restricts the leak distribution of ammonia in the industrial plan.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.3
no.4
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pp.58-66
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1999
The flow characteristics of supersonic ejectors is often subject to compressibility, unsteadiness and shock wave systems. The numerical works carried out thus far have been of one-dimensional analyses or some Computational Fluid Dynamics(CFD) which has been applied to only a very simplified configuration. For the design of effective ejector-pump systems the effects of secondary mass flow on the supersonic ejector flow should be fully understood. In the present work the supersonic ejector-pump flows with a secondary mass flow were simulated using CFD. A fully implicit finite volume scheme was applied to axisymmetric compressible Navier-Stokes equations. The standard two-equation turbulence model was employed to predict turbulent stresses. The results obtained showed that the flow characteristics of constant area mixing tube types were nearly independent of the secondary flow rate, but the flow fields of ejector system with the second-throat were strongly dependent on the secondary flow rate due to the effect of the back pressure near the primary nozzle exit.
Hwang, Byeong Jo;Kim, Seon Ho;Joo, Won Gu;Cho, Hyung Hee
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.21
no.2
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pp.83-93
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2017
A numerical analysis is made of the fluid flow and heat transfer characteristics in the corrugated structure that traps the spent air in the corrugations between impinging jets to reduce crossflow effects on downstream jets in the array. All computations are performed by considering three-dimensional, steady state, and incompressible flow by using the ANSYS-CFX 15.0 code. Averaged jet Reynolds number is 10,000. The oblique angles of impingement jets on the spanwise section are $70^{\circ}$, $80^{\circ}$, $90^{\circ}$, and the oblique angles of impingement jets on the streamwise section are $70^{\circ}$, $90^{\circ}$, $110^{\circ}$. The investigation focuses on the oblique angle influence of impinging jet array on the fluid flow and heat transfer characteristics of a corrugated structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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