Numerical modeling of the flow velocity fields for the near corona wire electrohydrodynamic (EHD) flow was conducted. The steady, two-dimensional momentum equations have been computed for a wire-plate type electrostatic precipitator (ESP). The equations were solved in the conservative finite-difference form on a fine uniform rectilinear grid of sufficient resolution to accurately capture the momentum boundary layers. The numerical procedure for the differential equations was used by SIMPLEST algorithm. The Phoenics (Version 3.5.1) CFD code, coupled with Poisson's electric field, ion transport equations and the momentum equation with electric body force were used for the numerical simulation and the Chen-Kim ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulent model numerical results that an EHD secondary flow was clearly visible in the downstream regions of the corona wire despite the low Reynolds number for the electrode ($Re_{cw}=12.4$). Secondary flow vortices caused by the EHD increases with increasing discharge current or EHD number, hence pressure drop of ESP increases.
In this paper, it is demonstrated that, with the distribution of lowest order concentrated(discrete) singularities of delta function nature, the solution to the linear free surface problem can be obtained with a remarkable degree of accuracy. The linear boundary value 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 calculation 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 published works, and are considered very satisfactory.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제35권7호
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pp.957-965
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2011
The wakes of a cylindrical body have been investigated. The cylindrical body was attached with a thin film. The film is made of silicon with configurations of 50mm(W) ${\times}$ 150mm(L) ${\times}$ 0.3mm(T). The cylinder wakes have been measured with PIV experiments under the conditions with and without the thin film. The diameter of the installed cylinder body is 30mm and the Reynolds numbers are 2730, 6160 and 9750 with the diameter. The measurement system consists of an Ar-ion laser(6W), a high speed camera(1024 ${\times}$ 992 pixel, 500fps) and a host computer. FFT analyses have been carried out using the velocity vectors obtained by PIV measurements at the point X/D=1.52 and Z/D=0.52. For understanding the three-dimensional flow structures, a new Volumetric PTV(particle tracking velocimetry) has been constructed, in which the same four high-resolution cameras have been used. It has been verified that the flexible film suppresses or damps the vortices separated from the cylinder body, which makes the cylinder's wakes stable. With increase of Re numbers the intensity of the dominant frequency of the wakes become smaller.
The onset of instability induced by impulsive spin-down of the rigid-body flow placed in the gap between two coaxial cylinders is analyzed by using the energy method. In the present stability analysis the growth rate of the kinetic energy of the base state and also that of disturbances are taken into consideration. In the present system the primary flow is a transient, laminar one. But for the Reynolds number equal or larger than a certain one, i.e. $Re{\geq}Re_G$ secondary motion sets in, starting at a certain time. For $Re{\geq}Re_G$ the dimensionless critical time to mark the onset of vortex instabilities, ${\tau}_c$, is here presented as a function of the Reynolds number Re and the radius ratio ${\eta}$. For the wide gap case of small ${\eta}$, the transient instability is possible in the range of $Re_G{\leq}Re{\leq}Re_S$. It is found that the predicted ${\tau}_c$-value is much smaller than experimental detection time of first observable secondary motion. It seems evident that small disturbances initiated at ${\tau}_c$ require some growth period until they are detected experimentally.
In this study, turbulent flows in a planar combustor which has a square rib-type flame holder are numerically investigated by Large Eddy Simulation(LES). Firstly, the flow fields with or without jet injection downstream of the flame-holder are examined using uniform inlet velocity. Comparison of the present LES results with experimental one shows a good agreement. Secondly, to investigate mixing of oxidizer(air) and fuel injected behind the flame holder, the scalar-transport equation is introduced and solved. From the instantaneous flow and scalar fields, complex and intense mixing phenomena between fuel and jet are observed. It is shown that the ratio of jet to blocked air velocity is an important factor to determine the flow structure. Especially, when the ratio is large enough, the fuel jet penetrates the main vortices shed from the flame holder, resulting in significant changes in the flow and scalar fields.
A large eddy simulation(LES) is performed for turbulent flow around a bluff body inside a sudden expansion cylinder chamber, a configuration which resembles a premixed gas turbine combustor. To promote turbulent mixing and to accommodate flame stability, a flame holder is installed inside the combustion chamber. The Smagorinsky model is employed and the calculated Reynolds number is 5,000 based on the bulk velocity and the diameter of the inlet pipe. The simulation code is constructed by using a general coordinate system based on the physical contravariant velocity components. The predicted turbulent statistics are evaluated by comparing them with the laser-doppler velocimetry (LDV) measurement data. The agreement of LES with the experimental data is shown to be satisfactory. Emphasis is placed on the time-dependent evolutions of turbulent vortical structure behind the flame holder. The numerical flow visualizations depict the behavior of large-scale vortices. The turbulent mixing process behind the flame holder is analyzed by visualizing the sectional views of vortical structure.
In the fully developed pipe flow, when jet is injected in cross to the flow there are complex transition flows caused by interaction of the cross flow and jet. These interactions are studied by means of the flow visualization methods and frequency analysis using a hot-wire anemometer. The velocity range of cross flow of the pipe is 0.3 m/s ~ 1.2 m/s and the corresponding Reynolds number, R$\sub$p/, based on the pipe diameter is 2.25 * 10$\^$3/ ~ 9.02 * 10$\^$3/. The velocity ratio (R), jet velocity/cross flow velocity, is chosen from 2 to 10. A circular cylinder is placed in the pipe instead of jet to observe the vortex shedding from the solid body. To compare the jet and circular cylinder flow, the vortical structure is analyzed in both cases and the structure of vortices and the origin of its formation are investigated, especially. The vortex shedding of the dominant coherent structure is compared between the jet flow and the circular cylinder flow. In the case of the jet flow, the Strouhal numbers are different depending on the existence of the upright vortex as well as the velocity ratio (R).
자유수면 근처에서의 박리유동 현상을 수치 시뮬레이션 방법과 유선 가시화 시험 방법으로 연구하였다. 수치 시뮬레이션은 물체표면에서 유기되고 확산(diffusion) 및 대류(convection)에 의해 유동중으로 박리되어 방출되는 보오티시티(vorticity)를 다수의 보오텍스로 치환하여 유동의 변화와 유체력을 구하는 보오텍스블럽 법을 사용하여 수행하였다. 이 방법으로 대규모의 와류의 생성 및 변화를 추정할 수 있으며 또한 자유수면과 와류유동의 상호간섭현상 그리고 동 유체력 등을 추정할 수 있었다. 유선 가시화 시험은 해사기술연구소의 공동수조에서 수행하였으며, 직류 전원에 의해 얻어진 수소기포를 가시화 입자로 이용하였다. 조명장치는 할로겐 램프를 이용하였고, 연속사진을 가시화의 결과로 사용하였다. 또한 자유수면의 시간적 공간적 변화를 파고계를 이용하여 계측하고 이로부터 와류유동의 변화 주기를 추정하였다.
A π-shaped composite deck in the form of an open section is a type of blunt body that is highly susceptible to wind loads. To investigate its vortex-induced vibration (VIV) performance, a large-scale (1/20) section model of a cable-stayed bridge with a main span of 650 m was tested in a wind tunnel. The vibration suppression mechanism of the countermeasures was analyzed using computational fluid dynamic. Experimental results demonstrate that the vertical and torsional VIVs of the original section can be suppressed by combining guide plates with a tilt angle of 35° and bottom central stabilizing plates as aerodynamic countermeasures. Numerical results indicate that the large-scale vortex under the deck separates into smaller vortices, resulting in the disappearance of the von Kármán vortex street in the wake zone because the countermeasures effectively suppress the VIVs. Furthermore, a full-bridge aeroelastic model with a scale of 1/100 was constructed and tested to evaluate the wind resistance performance and validate the effectiveness of the proposed countermeasures.
Latif, Usman;Abdullah, Chaudary;Uddin, Emad;Younis, M. Yamin;Sajid, Muhamad;Shah, Samiur Rehman;Mubasha, Aamir
Wind and Structures
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제26권5호
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pp.279-292
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2018
Inspired by the energy harvesting eel, a flexible flag behind a D-shape cylinder in a uniform viscous flow was simulated by using the immersed boundary method (IBM) along with low-speed wind tunnel experimentation. The flag in the wake of the cylinder was strongly influenced by the vortices shed from the upstream cylinder under the vortex-vortex and vortex-body interactions. Geometric and flow parameters were optimized for the flexible flag subjected to passive flapping. The influence of length and bending coefficient of the flexible flag, the diameters (D) of the cylinder and the streamwise spacing between the cylinder and the flag, on the energy generation was examined. Constructive and destructive vortex interaction modes, unidirectional and bidirectional bending and the different flapping frequency were found which explained the variations in the energy of the downstream flag. Voltage output and flapping behavior of the flag were also observed experimentally to find a more direct relationship between the bending of the flag and its power generation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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