Unsteady 3D Reynolds Averaged Navier-Stokes (URANS) solver is used to simulate the turbulent flow past an isolated prismatic cylinder at Re=37,400. The aspect ratio of height to base width of the body is 5. The turbulence closure is achieved through a non-linear $k-{\varepsilon}$ model. The applicability of this model to predict unsteady forces associated with this flow is examined. The study shows that the present URANS solver with standard wall functions predicts all the major unsteady phenomena showing closer agreement with experiment. This investigation concludes that URANS simulations with the non-linear $k-{\varepsilon}$ model as a turbulence closure provides a promising alternative to LES with view to study flows having complex features.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.3
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pp.180-187
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2016
As distinct from a slender body, the separation of the boundary layer on a bluff body give rise to complex wakes in which various kinds of vortices form, develop and interact with each other. In this paper, we investigate cavitation wake field behind wedge shaped two-dimensional fin models. Eight different models are tested at the Chungnam National University Cavitation Tunnel (CNU-CT). First, we measure wake cavity shapes and compare with numerical results, which shows the good agreement with each other. In addition, we demonstrate that wake flow characteristics of the control fin are clearly identified by the correlation analysis of high-speed camera images and pressure fluctuation measurements.
A Combination Random Flow Generation (CRFG) technique for obtaining the fluctuating inflow boundary conditions for Large Eddy Simulation (LES) is proposed. The CRFG technique was developed by combining the typical RFG technique with a novel calculation of k and ${\varepsilon}$ to estimate the length- and time-scales (l, ${\tau}$) of the target fluctuating turbulence field used as the inflow boundary conditions. Through comparatively analyzing the CRFG technique and other existing numerical/experimental results, the CRFG technique was verified for the generation of turbulent wind velocity fields with prescribed turbulent statistics. Using the turbulent velocity fluctuations generated by the CRFG technique, a series of LESs were conducted to investigate the wind flow around S-, R-, L- and U-shaped building models. As the pressures of the models were also measured in wind tunnel tests, the validity of the LES, and the effectiveness of the inflow boundary generated by the CRFG techniques were evaluated through comparing the simulation results to the wind tunnel measurements. The comparison showed that the LES accurately and reliably simulates the wind-induced pressure distributions on the building surfaces, which indirectly validates the CRFG technique in generating realistic fluctuating wind velocities for use in the LES. In addition to the pressure distribution, the LES results were investigated in terms of wind velocity profiles around the building models to reveal the wind flow dynamics around bluff bodies. The LES results quantitatively showed the decay of the bluff body influence when the flow moves away from the building model.
Chen, Cong;Dai, Bingyu;Wieczorek, Niccolo;Unglaub, Julian;Thiele, Klaus
Wind and Structures
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v.35
no.4
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pp.255-268
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2022
Light-weight or low-damped structures may encounter the unsteady galloping instability that occurs at low reduced wind speeds, where the classical quasi-steady assumption is invalid. Although this unsteady phenomenon has been widely studied for rectangular cross sections with one side perpendicular to the incidence flow, the effect of the mean wind angle of attack has not been paid enough attention yet. With four sectional models of different side ratios and geometric shapes, the presented research focuses on the effect of the wind angle of attack on unsteady galloping instability. In static tests, comparatively strong vortex shedding force was noticed in the middle of the range of flow incidence where the lift coefficient shows a negative slope. In aeroelastic tests with a low Scruton number, the typical unsteady galloping, which is due to an interaction with vortex-induced vibration and results in unrestricted oscillation initiating at the Kármán vortex resonance wind speed, was observed for the wind angles of attack that characterize relatively strong vortex shedding force. In contrast, for the wind angles of attack with relatively weak shedding force, an "atypical" unsteady galloping was found to occur at a reduced wind speed clearly higher than the Kármán-vortex resonance one. These observations are valid for all four wind tunnel models. One of the wind tunnel models (with a bridge deck cross section) was also tested in a turbulent flow with an intensity about 9%, showing only the atypical unsteady galloping. However, the wind angle of attack with the comparatively strong vortex shedding force remains the most unfavorable one with respect to the instability threshold in low Scruton number conditions.
Camarri, S.;Salvetti, M.V.;Koobus, B.;Dervieux, A.
Wind and Structures
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v.8
no.6
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pp.407-426
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2005
A hybrid RANS/LES approach, based on the Limited Numerical Scales concept, is applied to the numerical simulation of the flow around a square cylinder. The key feature of this approach is a blending between two eddy-viscosities, one given by the $k-{\varepsilon}$ RANS model and the other by the Smagorinsky LES closure. A mixed finite-element/finite-volume formulation is used for the numerical discretization on unstructured grids. The results obtained with the hybrid approach are compared with those given by RANS and LES simulations for three different grid resolutions; comparisons with experimental data and numerical results in the literature are also provided. It is shown that, if the grid resolution is adequate for LES, the hybrid model recovers the LES accuracy. For coarser grid resolutions, the blending criterion appears to be effective to improve the accuracy of the results with respect to both LES and RANS simulations.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.8
no.3
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pp.124-131
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2015
The good performance of a vortex shedder is defined by strong and stable vortex generated under the condition of most linearity in Strouhal number and low power loss. In this paper, the flow past a bluff body of circular cylinder with a slit normal to the flow has been analyzed focusing on drag coefficient, linearity of Strouhal number and flow resistance (K-factor). The ANSYS/FLUENT package is used for flow simulation and the integration method of computational code to iSIGHT platform is employed for automated design cycle. This study results the design with (0.20~0.267) blockage ratio and 0.10 slit ratio as the best shedder for vortex flowmeter and this results are in well agreement with the experiment. As the combination of GAMBIT, FLUENT, and iSIGHT substitutes the design parameters automatically according to the input data, this method designs effectively the vortex shedder with less design cycle time and low manufacturing cost eliminating the human intervention bottleneck.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.6
no.3
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pp.253-259
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2003
An experimental study was performed for turbulent flow behind a circular and a square cylinder by using 2-D PIV(Particle Image Velocimetry) technique in a cylindrical tube. The Reynolds number investigated were 10,000, 30,000 and 50,000. The measuring system consists of CCD camera. Ar-ion laser, image grabber and a host computer. The mean velocity vector, time mean axial velocity, turbulent intensity and Reynolds shear stress were measured along the test tube. The results are compared each other for the circular and the square cylinder.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.5
no.2
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pp.35-44
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1999
High negative pressure coefficient is formed in the corner of the bluff body structures. For many curtain wall designers this phenomena is of interest because this high negative pressure coefficient is adopted in structural calculation. The present study is aimed to investigate shedding vortex characteristics of two-dimensional rectangular prism flow. Unsteady calculation by finite difference method based upon SOLA is carried out for three aspect ratios(1:1, 1:2, 1:3) of Re=10$^4$ in viscous incompressible flow within infinite domain. Fluctuation of velocity components at various pick-up points and time variation of drag and lift coefficients are analysed by FFT method to reveal shedding vortex frequency patterns. At aspect ratio 1:1, one primary Strouhal number appears for about all pick-up points. At aspect ratio 1:2, two representative Strouhal numbers are classified by pick-up positions and their flows show two different reattachment patterns. For aspect ratio 1:3, frequency spectrum maintains multiple peaks.
The application of Large Eddy Simulation (LES) in a curvilinear coordinate system to the flow around a square cylinder is presented. In order to obtain sufficient resolution near the side of the cylinder, we use an O-type grid. Even with a curvilinear coordinate system, it is difficult to avoid the numerical oscillation arising in high-Reynolds-number flows past a bluff body, without using an extremely fine grid used. An upwind scheme has the effect of removing the numerical oscillations, but, it is accompanied by numerical dissipation that is a kind of an additional sub-grid scale effect. Firstly, we investigate the effect of numerical dissipation on the computational results in a case where turbulent dissipation is removed in order to clarify the differences between the effect of numerical dissipation. Next, the applicability and the limitations of the present method, which combine the dynamic SGS model with acceptable numerical dissipation, are discussed.
Accurate turbulence modeling is an essential prerequisite for the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) in Wind Engineering. At present the most popular turbulence model for general engineering flow problems is the ${\kappa}-{\varepsilon}$ model. Models such as this are based on the isotropic eddy viscosity concept and have well documented shortcomings (Murakami et al. 1993) for flows encountered in Wind Engineering. This paper presents an objective assessment of several available alternative models. The CFD results for the flow around a full-scale (6 m) three-dimensional surface mounted cube in an atmospheric boundary layer are compared with recently obtained data. Cube orientations normal and skewed at $45^{\circ}$ to the incident wind have been analysed at Reynolds at Reynolds number of greater than $10^6$. In addition to turbulence modeling other aspects of the CFD procedure are analysed and their effects are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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