A code is developed using the hybrid Cartesian/immersed boundary method and it is applied to simulate flows around a three-dimensional deforming body. A new criterion is suggested to distribute the immersed boundary nodes based on edges crossing a body boundary. Velocities are reconstructed at the immersed boundary nodes using the interpolation along a local normal line to the boundary. Reconstruction of the pressure at the immersed boundary node is avoided using the hybrid staggered/non-staggered grid method. The developed code is validated through comparisons with other experimental and numerical results for the velocity profiles around a circular cylinder under the forced in-line oscillation and the pressure coefficient distribution on a sphere. The code is applied to simulate the flow fields around a plate whose tail is periodically flapping under a translation. The effects of the velocity and acceleration due to the deformation on the periodic shedding of pairs of tip vortices are investigated.
Vertices terminating at free surface have been investigated extensively. Most of investigations, however, are focused on surface parallel vortices and little has been known about surface normal vortex or columnar vortex. Visualized experimental results utilizing LIF technique are discussed fur the purpose of characterization of columnar vortex interacting with a clean and a contaminated free surfaces and a solid body interface in the present investigation. The results reveal that surface tension changes due to surface contamination although bulk viscosity remains constant and eventually the behavior of a columnar vortex interacting with a contaminated free surface and a solid body interface are totally different from the clean free surface case.
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.
In the present study, local heat transfer rates for co-rotating disks with two modified hubs having ventilation holes are investigated for Rossby number of 0.04, 0.1 and 0.35 to evaluate the influence of incoming flows through hub holes. A naphthalene sublimation technique is employed to determine the detailed local heat/mass transfer coefficients on the rotating disks using the heat and mass transfer analogy. Flow field measurements are conducted using Laser Doppler Anemometry (LDA) and numerical calculations are performed simultaneously to analyze the flow patterns induced by the disk rotation. The basic flow structure in a cavity between co-rotating disks consists of three regions; the solid-body rotating inner region, the outer region with turbulence vortices and the shroud boundary layer region. The heat/mass transfer. rates on the co-rotating disks are very low near the hub due to the solid-body rotation and those increase rapidly in the outer region due to turbulence mixing. The modified hubs with ventilation holes enhances significantly the heat/mass transfer rates on the region near the hub. The results also show that the heat transfer of Hub-2 is superior to that of Hub-1, but Hub-1 is more profitable for destructing the solid-body rotating inner region.
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.
Vortex shedding which is the dominant feature of body wakes and of direct relevance to practical engineering problems, has been intensively studied for flows past a circular cylinder. In contrast, vortex shedding from a hydrofoil trailing edge has been studied to much less extent despite numerous practical applications. The physics of the problem is still poorly understood. The present study deals with $K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ vortex shedding from a truncated trailing-edge hydrofoil in relatively high Reynolds number flows. The objectives of this paper are twofold. First, we aim to simulate unsteady turbulent flows past a two dimensional hydrofoil through a hybrid particle-mesh method and penalization method. The vortex-in-cell (VIC) method offers a highly efficient particle-mesh algorithm that combines Lagrangian and Eulerian schemes, and the penalization method enables to enforce body boundary conditions by adding a penalty term to the momentum equation. The second purpose is to investigate shedding frequencies of vortices behind a NACA 0009 hydrofoil operating at a zero angle of attack.
This paper presents the design and the analysis of a "fish-like underwater robot". In order to develop swimming robot like a real fish, extensive hydrodynamic analysis were made followed by the study of biology of the fishes especially its maneuverability and propel styles. Swimming mode is achieved by mimicking fish-swimming of carangiform. This is the swimming mode of the fast motion using its tail and peduncle for propulsion. In order to generate configurations of vortices that gives efficient propulsion yawing and surging with a caudal fin has applied and in order to submerge and maintain the body balance pitching and heaving motion with a pair of pectoral fin is used. We have derived the equation of motion of PoTuna by two methods. In first method, we use the equation of motion of underwater vehicle with the potential flow theory for the power of propulsion. In second method, we apply the method of the equation of motion of UVM(Underwater Vehicle-Manipulator). Then, we compare these results.
The time-development of the wake vortices of the unsteady viscous flow past a semicircular cylinder is simulated using the vortex particle methods for direct numerical simulations(DNS). The early wake behaviour of the flow behind an impulsively started a semicircualr cylinder is evaluated for a range of Reynolds numbers between 60 and 200 with opposite body configurations respectively. The diffusion scheme based on the particle strength exchange(PSE) is used to account far the viscous effect accurately. And the vorticity generation algorithm to enforce the no-slip boundary conditions is employed. In order to redistribute particles efficiently on the distorted Lagrangian grid the particle distribution technique is adaptively revised, while maintaining the uniform resolution. The results of the simulations are compared to other experimental results.
In this paper, it is demonstrated that, with the distribution of lowestorder concentrated (discrete) singularities of delta function nature, the solution to the linear free surface problem can be obtaianed with a remarkable degree of accuracy. The linearized bounday valve problem is formulated subject to boundary conditions for the determination of strengths of singularities; the simple sources above (not on) the free surface and the vortices on the body surface. Three sample calculations were performed; the flow about a submerged vortex of known strength, the flow past a submerged circular cylinder, and the flow around a hydrofoil section. The convergence of the numerical procedure is achieved with a relatively small number of elements, The final results are compared with those of the publi¬shed works, and are considered very satisfactory.
The geometry of a commercial passenger airplane is realized based on a Boeing 747-400 model through the photographic scanning and reverse engineering. The each element consisting of the plane such as fuselage, wing, vertical fin, stabilizer and engines, is individually generated and then the whole body is assembled by the photomodeler. The maximum error in the realized airplane is about 1.4% comparing with the real one. The three-dimensional inviscid steady compressible governing equations are solved in the unstructured tetrahedron grid system, and in a finite volume method using STAR-CD when the airplane flies at the cruise condition. The pressure distribution on the surface and the wing-tip vortices are visualized, and in addition to the aerodynamics coefficients, lift and drag are estimated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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