Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제33권1호
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pp.62-70
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2009
In this paper, the fluid flow behavior past a pair of rectangular cylinders placed in a two dimensional horizontal channel has been investigated using Lattice-Boltzmann Method(LBM). The LBM has built up on the D2Q9 model and the single relaxation time method called the Lattice-BGK(Bhatnagar-Gross-Krook)model. Streamlines, velocity, vorticity and pressure contours are provided to analyze the important characteristics of the flow field for a wide range of non dimensional parameters that present in our simulation. Special attention is paid to the effect of spacing(d) between two cylinders and the blockage ratio A(=h/H), where H is the channel height and h is the rectangular cylinder height. for different Reynolds numbers. The first cylinder is called upstream cylinder and the second one as downstream cylinder. The downstream fluid flow fields have been more influenced by its blockage ratios(A) and Reynolds numbers(Re) whereas the upstream flow patterns(in front of downstream cylinder) by the gap length(d) between two cylinders. Moreover, it is observed that after a certain gap, both upstream and downstream flow patterns are almost similar size and shape. The simulation result has been compared with analytical solution and it is found to be in excellent agreement.
Two-dimensional slow viscous flow due to a stokeslet near a slit is investigated on the basis of Stokes approximation. Velocity fields and stream function are obtained in closed forms by finding two sectionally holomorphic functions which are determined by reducing the problem to Riemann-Hilbert problems. The force exerted on a small cylinder is calculated for the arbitrary position of the cylinder translating in an arbitrary direction. The features of fluid flow are also investigated.
The mechanism of wind-induced ovalling vibrations of cylindrical shells is numerically investigated by using a vortex method. The subject of this paper is limited to a two-dimensional structure in the subcritical regime. The aerodynamic stability of the ovalling vibrations in the second to fourth circumferential modes is discussed, based on the results of a forced-vibration test. In the analysis, two modal configurations are considered; one is symmetric and the other is anti-symmetric with respect to a diameter parallel to the flow direction. The unsteady pressures acting on a vibrating cylinder are simulated and the work done by them for one cycle of a harmonic motion is computed. The effects of a splitter plate on the flow around the cylinder as well as on the aerodynamic stability of the ovalling vibrations are also discussed. The consideration on the mechanism of ovalling vibrations is verified by the results of a free-vibration test.
In this paper negative drift forces are discussed, which act on a two-dimensional cylinder exposed to slightly modulated waves in water of finite depth. By combining matched asymptotic expansion method with multiple scale technique, it is clearly shown that the slowly-varying drift force can be negative under certain circumstances: i) Incident waves are irregular or slightly modulated. ii) The water depth is finite compared to the wave length of carrier waves. iii) The gap between the keel of the cylinder and ocean floor is narrow. Then the negative drift forces are caused by the unbalance of hydrostatic force associated with set down. Real fluid and wave breaking effects are not considered.
이차원 단면 Cylinder는 외부유동상태에서 후류에 Vortex를 생성한다. 또한 비정상 유동 상태에서는 후류에 카르만 Vortex열을 생성한다. 이런 이차원 Cylinder는 여러 분야에서 사용 된다. 이때 적절한 설계를 위해 수치적으로 유동을 해석할 필요가 있다. 이에 대한 수치적 해석 값을 얻기 위해 Edison CFD를 이용하여 여러 2차원 형상 Cylinder의 Reynolds number에 따른 Vortex shedding을 해석했다. Edison CFD를 통한 시뮬레이션 결과 값에 대한 검증을 얻기 위해 원형, 사각형의 Vortex shedding과 유동을 타 논문과 비교 검증했다. 형상마다 같은 조건의 Reynolds number라도 후류와 유동 등의 형상이 차이를 보인다. 상황마다 적절한 모형의 Cylinder를 Edison CFD를 통해 예측 할 수 있다.
Sound attenuation of periodically arranged cylindrical rods is studied numerically and experimentally. Cross section of the cylinder is circular and arrays are in a square lattice. Cylinders are made of steel, and consist of five groups with different diameters from 27.2 mm to 48 mm. Each group has 5 rows, while number of cylinders in a row varies from 17 to 31. The area filling fraction is about 60~61 %, which leads to the stop bandgap(2.9 kHz ~ 8.4 kHz). Sound attenuation is computed using two-dimensional BEM, and measurement is done by using a speaker and microphones in a semi-anechoic room. Comparison of the results by BEM and experiment shows that attenuation spectra are qualitatively in agreement, although experiment gives higher attenuations than BEM. After results by BEM are scaled up in accordance with cylinder diameter, it is observed that attenuation curves are in good agreement, which confirms that analysis by BEM is done correctly. It is also found that the measured bandgaps are shifted toward lower frequency by 0.5 kHz ~ 1.2 kHz, when compared to the predictions obtained from infinitely repeated two-dimensional cylinder arrays.
The in-cylinder flow field of gasoline engine comprises unsteady compressible turbulent flows caused by the intake port, combustion chamber geometry. Thus, the quantitative analysis of the in-cylinder flow characteristics plays an important role in the improvement of engine performances and the reduction of exhaust emission. In order to obtain the quantitative analysis of the in-cylinder gas flows for a gasoline engine, the single-frame particle tracking velocimetry was developed, which is designed to measure 2-dimensional gas flow field. In this paper, influences of the swirl and tumble intensifying valves on the in-cylinder flow characteristics under the various intake flow conditions were investigated by using this PTV method. Based on the results of experiment, the generation process of swirl and tumble flow in a cylinder during intake stroke was clarified. Its effect on the tumble ratio at the end of compression stroke was also investigated.
Thermal behavior on the cylinder block of a 4-cylinder, 4-stroke 2.0L SOHC gasoline engine was numerically and experimentally analyzed. The numerical calculation was performed using the finite element method. The cylinder block was modelled as a three dimensional finite element by considering its geometry. The physical domain was devided into hexahedron elements. 16 thermocouples were installed at points of 2mm inside from cylinder wall near top ring of piston in cylinder block, which points have suffered major thermal loads and suggested as proper measurement points for engine design by industrial engineers. Under full load and 9$0^{\circ}C$ coolant temperature condition, temperature behavior of cylinder block according to engine speed were analyzed. The results showed that temperature rose gradually to conform to a function of 2nd~4th order of engine speed at intake side, exhaust and siamese side, respectively. As engine load was changed from 100 to 50% by 25% step, temperature curve also conformed to 2nd~7th order function of engine speed. Temperature differences by load condition were similar among 100, 75% and 50%. Under full load and coolant temperature of 11$0^{\circ}C$, temperature behavior were also analyzed and the result also showed conformance to 2n d~7th order function of engine speed. Temperature curve was transferred in parallel upwards corresponding coolant temperature rise.
이 논문에서는 타원 기둥에 대한 벡터 중력과 중력 변화율 텐서 반응식을 유도하였다. 임의의 3차원 이상체에 대한 벡터 중력은 이상체의 모양에 따른 3중 적분이 포함된 인력 포텐셜을 각 축 방향으로 미분하여 구한다. 축 대칭성을 가진 이상체에 의한 벡터 중력은 먼저 축방향으로 적분하여 2중 적분 형태로 축약한다. 켤레 복소수를 도입한 복소 그린 정리를 이용하면 2중 적분은 1차원 폐곡선 선적분 형태로 변환된다. 최종적으로 타원 기둥에 의한 벡터 중력은 타원 기둥 단면의 경계를 폐곡선의 매개변수로 설정하여 1차원 수치적분으로 유도된다. 같은 방식으로 타원 기둥에 의한 중력 변화율 텐서는 인력 퍼텐셜을 2차 미분하여 3중 적분으로 표현된 중력 변화율 텐서를 구한 후, 수직 축 방향으로 적분하여 2중 적분으로 축약한다. 벡터 중력에서 적용한 방법과 동일한 복소 평면에서의 그린 정리를 도입하여 타원 기둥에 의한 중력 변화율 텐서 반응식의 모든 성분을 유도한다.
As a circular cylinder has a comparatively simple shape and becomes a basic problem for flows around other various shapes of bodies, the problem of two-dimensional viscous flow around the circular cylinder has been investigated, both theoretically and experimentally. But not a few problems are left unsolved. It is well known that the calculations are successfully made with the approximations of Stokes or Oseen for very low Reynolds numbers, but as Reynolds number is increased, Oseen's approximations as well as Stokes's ones become more and more remote from the exact solution of the Navier-Stokes equations. Therefore, in this paper, the authors transform the Navier-Stokes equations into the finite difference equations in the steady two-dimensional viscous flow at Reynolds number up to 45, and then solve the solution of the Navier-Stokes equations numerically. Also, the authors examine the accuracy of the solution by means of flow visualization with aluminum powder. The main results are as follows; (1) The critical Reynolds number at which twin vortices begin to form in the rear of the circular cylinder is found to be 6 in the experiment and 4 in the numerical solution. (2) As Reynolds number is increased, it is proved that the ratio of the length of the twin vortices to the diameter is grown almost linearly, both experimentally and numerically. (3) Separation angle is also increased according to reynolds number. But it is found that it would converge into 101.3 degrees, both experimentally and numerically.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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