This experimental study concerns the characteristics of vortex flow in a concentric annulus with a diameter ratio of 0.52, whose outer cylinder is stationary and inner one is rotating. Pressure losses and skin friction coefficients have been measured for fully developed flows of water and of 0.4% aqueous solution of sodium carboxymethyl cellulose (CMC), respectively, when the inner cylinder rotates at the speed of 0~600 rpm. Also, the visualization of vortex flows has been performed to observe the unstable waves. The results of present study reveal the relation of the bulk flow Reynolds number Re and Rossby number Ro with respect to the skin friction coefficients. In somehow, they show the existence of flow instability mechanism. The effect of rotation on the skin friction coefficient is significantly dependent on the flow regime. The change of skin friction coefficient corresponding to the variation of rotating speed is large for the laminar flow regime, whereas it becomes smaller as Re increases for the transitional flow regime and. then, it gradually approach to zero for the turbulent flow regime. Consequently, the critical (bulk flow) Reynolds number Re$\_$c/ decreases as the rotational speed increases. Thus, the rotation of the inner cylinder promotes the onset of transition due to the excitation of Taylor vortices.
The flow characteristics of film coolant issuing into turbulent boundary layer developing on a convex surface have been investigated by means of flow visualization and three-dimensional velocity measurement. The Schlieren optical system with a spark light source was adopted to visualize the jet trajectory injected at 35° and 90° inclination angles. A five-hole directional pressure probe was used to measure three-dimensional mean velocity components at the injection angle of 35°. Flow visualization shows that at the 90° injection, the jet flow is greatly changed near the jet exit due to strong interaction with the crossflow. On the other hand, the balance between radial pressure gradient and centrifugal force plays an important role to govern the jet flow at the 35° injection. The velocity measurement shows that at a velocity ratio of 0.5, the curvature stabilizes downstream flow, which results in weakening of the bound vortex structure. However, the injectant flow is separated from the convex wall gradually, and the bound vortex maintains its structure far downstream at a velocity ratio of 1.98 with two pairs of counter rotating vortices.
The along-wind response of a surface-mounted elastic fence under the action of wind was investigated numerically. In the computations, two sets of equations, one for the simulation of the unsteady turbulent flow and the other for the calculation of the dynamic motion of the fence, were solved alternatively. The resulting time-series tip response of the fence as well as the flow fields were analyzed to examine the dynamic behaviors of the two. Results show that the flow is unsteady and is dominated by two frequencies: one relates to the shear layer vortices and the other one is subject to vortex shedding. The resulting unsteady wind load causes the fence to vibrate. The tip deflection of the fence is periodic and is symmetric to an equilibrium position, corresponding to the average load. Although the along-wind aerodynamic effect is not significant, the fluctuating quantities of the tip deflection, velocity and acceleration are enhanced as the fundamental frequency of the fence is near the vortex or shedding frequency of the flow due to the occurrence of resonance. In addition, when the fence is relatively soft, higher mode response can be excited, leading to significant increases of the variations of the tip velocity and acceleration.
An experimental investigation of the flow over the rectangular body located in close proximity to a ground board was reported using the particle image velocimetry (PIV) technique. The present experiments were conducted in a closed-loop open surface water channel with the Reynolds number, $Re_H=1.2{\times}10^4$ based on the model height. In addition to the PIV measurements, flow visualization studies were also carried out. The PIV technique provided instantaneous and time-averaged velocity vectors map, vorticity contours, streamline topology and turbulent quantities at various locations in the near wake. In the vertical symmetry plane, the upperbody flow is separated from the sharp top leading edge of the model and formed a large reverse flow region on the upper surface of the model. The flow structure downstream of the model has asymmetric double vortices. In the horizontal symmetry plane, identical separated flow regions occur on both vertical side walls and a pair of primary recirculatory bubbles dominates the wake region.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.36
no.3
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pp.8-14
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1999
The flor characteristics around the KRISO 3600TEU container ship model have been experimentally investigated in a subsonic wind tunnel. The mean velocity and turbulence characteristics in the stern and wake regions were measured using an x-type hot-wire probe. The flow characteristics in the stern and near wake regions revealed a complicated three-dimensional flow pattern. The measured results showed clearly the formation of longitudinal vortices and their effect on the flow pattern in the wake region. The shear layer developed along the ship model expands showly to the downward direction. The turbulence statistics measured can be used as comparative data of numerical simulations and provide insights into development of accurate turbulence models for the ship design.
The flight vehicles have cavities such as wheel wells and bomb bays. The flow around a cavity is characterized as unsteady flow because of the formation and dissipation of vortices due to the interaction between the freestream shear layer and cavity internal flow, the generation of shock and expansion waves. Resonance phenomena can damage the structures around the cavity and negatively affect aerodynamic performance and stability. In the present study, numerical analysis was performed for cavity flows by the unsteady compressible three dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations with Wilcox's ${\kappa}\;-\;{\omega}$ turbulence model. The cavity has the aspect ratios of 2.5, 3.5 and 4.5 for two-dimensional case, same aspect ratios with the W/D ratio of 2 for three-dimensional case. The Mach and Reynolds numbers are 0.53 and 1,600,000 respectively. The flow field is observed to oscillate in the "shear layer mode" with a feedback mechanism. Based on the SPL(Sound Pressure Level) analysis of the pressure variation at the cavity trailing edge, the dominant frequency was analyzed and compared with the results of Rossiter's formula. The MPI(Message Passing Interface) parallelized code was used for calculations by PC-cluster.
The flight vehicles have cavities such as wheel wells and bomb bays. The flow around a cavity is characterized as unsteady flow because of the formation and dissipation of vortices due to the interaction between the freestream shear layer and cavity internal flow, the generation of shock and expansion waves. Resonance phenomena can damage the structures around the cavity and negatively affect aerodynamic performance and stability. The flow field is observed to oscillate in the "shear layer mode" with low aspect ratio. In the present study, numerical analysis was performed for cavity flows by the unsteady compressible three dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations with Wilcox's $\kappa$-$\omega$ turbulence model. The flow field is observed to oscillate in the shear layer mode" with large aspect ratio. Based on the SPL(Sound Pressure Level) analysis of the pressure variation at the cavity trailing edge, the dominant frequency was analyzed and compared with the results of Rossiter's formul. The aero-acoustic wave analyzed with CPD(Correlation of Pressure Distribution).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.10
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pp.3304-3312
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1996
An experimental study on the convective heat transfer characteristics was performed for a two-dimensional wall attaching offset jet(WAOJ). Thermochromic liquid crystal was used to measure the plate wall temperature. The Nusselt number was measured for Reynolds numbers from 6, 500 to 39, 000, and the offset ratios from 0.5 to 15. The maximum Nusselt number point coincides with the time-averaged reattachment point and Nusselt number decreases monotonically after the jet reattaches on the wall. In the recirculation region Nusselt number minimize near the upstream corner and then increases as X/D decreases to vanishes. This suggests the existence of secondary vortices, causing an additional mixing of the flow in the corner. The correlations between the local Nusselt number and Reynolds number, Re, offset ratio, H/D, and streamwise distance, X/D are presented.
The flow around a circular cylinder was controlled by attaching O-rings to reduce drag force acting on the cylinder. Four experimental models were tested in this study; one smooth cylinder of diameter D (D=60mm) and three cylinders fitted with O-rings of diameters d=0.0167D, 0.05D and 0.067D with pitches of PPD=1D, 0.5D and 0.25D. The drag force, mean velocity and turbulent intensity profiles in the near wake behind the cylinders were measured for Reynolds numbers based on the cylinder diameter in the range of $Re_D=7.8{\times}10^3{\sim}1.2{\times}10^5$. At $Re_D=1.2{\times}10^5$, the cylinder fitted with O-rings of d=0.0167D in a pitch interval of 0.25D shows the maximum drag reduction of about 5.4%, compared with the smooth cylinder. The drag reduction effect of O-rings of d=0.067D is not so high. For O-ring circulars, as the Reynolds number increases, the peak location of turbulence intensity shifts downstream and the peak magnitude is decreased. Flow field around the cylinders was visualized using a smoke-wire technique to see the flow structure qualitatively. The size of vortices and vortex formation region formed behind the O-ring cylinders are smaller, compared with the smooth cylinder.
The flight vehicles have cavities such as wheel wells and bomb bays. The flow around a cavity is characterized as unsteady flow because of the formation and dissipation of vortices due to the interaction between the freestream shear layer and cavity internal flow, the generation of shock and expansion waves. Resonance phenomena can damage the structures around the cavity and negatively affect aerodynamic performance and stability. The flow field is observed to oscillate in the "shear layer mode" with low aspect ratio. In the present study, numerical analysis was performed for cavity flows by the unsteady compressible three dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations with Wilcox's ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence model. The flow field is observed to oscillate in the "shear layer mode" with large aspect ratio. Based on the SPL(Sound Pressure Level) analysis of the pressure variation at the cavity trailing edge, the dominant frequency was analyzed and compared with the results of Rossiter's formul. The aero-acoustic wave analyzed with CPD(Correlation of Pressure Distribution).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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