We present the boundary value problem (BVP) for the heave motion due to a vertical circular cylinder in water of finite depth. The BVP is presented in terms of velocity potential function. The velocity potential is obtained by considering two regions, namely, interior region and exterior region. The solutions for these two regions are obtained by the method of separation of variables. The analytical expressions for the hydrodynamic coefficients are derived. Computational results are presented for various depth to radius and draft to radius ratios.
Ro, Ki Deok;Lee, Han Gyun;Lee, Jong Ho;Lee, Jeong Min;Shin, Jin Ho;Cheon, Kang Bin
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.6
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pp.373-381
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2016
In this study, we investigate the characteristics of the drag reduction of a circular cylinder having a detached splitter plate at the wake side. We measure the fluid force on a circular cylinder and visualize the field using particle image velocimetry (PIV) with a high Reynolds number, Re = 10,000. The experimental paraeters used were the width ratios (H/B = 0.5~1.5) of splitters to the prism width and the gap ratios (G/B = 0~2) between the prism and the splitter plate. The drag-reduction rate of the circular cylinder increased with H/B in the case of the same G/B, and it increased and then decreased with G/B in the case of the same H/B. The vortices of the opposite direction on the upper and lower sides of the detached splitter plate were generated by installing the plate. Reverse flow was caused by the vortices at the wake region of the circular cylinder, and the drag of the circular cylinder was decreased by the reverse flow.
The flow fields around an elliptic cylinder of axis ratio AR=2 adjacent to a free surface were investigated experimentally using a water channel. The main objective is to understand the effect of the free surface on the flow structure in the near-wake. The flow fields were measured by varying the depth of cylinder submergence, for each experimental condition, 350 velocity fields were measured using a single-frame PIV system and ensemble-averaged to obtain the spatial distribution of turbulent statics. For small submergence depths a large-scale eddy structure was observed in the near-wake, causing a reverse flow near the free surface, downstream of the cylinder. As the depth of cylinder submergence was increased, the flow speed in the gap region between the upper surface of the cylinder and the free surface increased and formed a substantial jet flow. The general flow structure of the elliptic cylinder is similar to previous results for a circular cylinder submerged near to a free surface. However, the width of the wake and the angle of downward deflection of the shear layer developed from the lower surface of the elliptic cylinder are smaller tan those for a circular cylinder.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.9
no.2
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pp.150-158
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2016
In this paper, a new framework that works the automatic execution with less design cycle time and human intervention bottlenecks is introduced to optimize the vortex shedder design by numerical integration method. This framework is based on iSIGHT combined with the pre-processor GAMBIT, and flow analysis software FLUENT. Two vortex shedders, circular with slit and triangular- semi circular cylinder, are employed as the designed models to be optimized, and DOE driver is used for optimization. According to the essential properties of a vortex shedder, it has found that the best diameters are 30mm for circular cylinder with slit and 30 to 35 mm for tri-semi cylinder. For slit ratio, 0.1 and 0.15 are the optimized values for circular with slit and tri-semi cylinder respectively. And it is found that these optimal results generated by DOE automated design cycle are in well agreement with the experiment.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2006.05a
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pp.1910-1913
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2006
To solve the interaction of incident monochromatic waves with a bottom-fixed vertical circular cylinder, a numerical analysis by boundary element method is developed using three-dimensional linear potential theory. A numerical analysis by boundary element method is based on Green's theorem and introduce to an integral equation for the fluid velocity potential around the vertical circular cylinder. These numerical results are compared with those of ManCamy and Fuchs(1954) and Williams and Mansour(2002), and it has shown good relationship with their results. This numerical analysis developed by boundary element method will be applied for various offshore structures to be constructed in coastal zones in the future.
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.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.32
no.6
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pp.9-15
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2004
In this study the development of the two dimensional flowfield around an impulsively translated circular cylinder is numerically simulated using the diffusion vortex method. A detailed streamline pattern of fore wake and main wake of Re=1200, 9500 flowfields are investigated. The results of streamline pattern, the size of main wake and the axial velocities along the rear symmetry axis of the circular cylinder show good agreement with the reported experimental results. The long term wake delvelopment for Re=1200 flowfield was calculated up to ${\tau}=50$. The vortex shedding frequency shows the similar value as that of reported.
The goal of the research is to evaluate the open source code of OpenFOAM for the use of nuclear plant flow simulation objectively. Of the various incompressible flow solvers, simpleFoam, pimpelFoam are then tested under three validated cases (backward facing step, flow over circular cylinder and turbulent round jet flow). For the evaluation of steady state incompressible laminar flow simulation, low reynolds number of backward facing step flow was solved by simpleFoam. The resultant of the reattached lengths turned out to be similar with the other experimental and simulation results. For transient flow simulation, flow over circular cylinder and turbulent round jet flow were solved by pimpleFoam. The simulation accuracy was evaluated by comparing the resultant flow patterns with the description of the characteristics of the flow over the circular cylinder. The quantitative accuracy was evaluated for no more than 85% by comparing it to the decaying constants of the turbulent round jet velocity.
Three-dimensional time-dependent flow past a circular cylinder is numerically investigated using direct numerical simulation for Reynolds number 280 and 300. The higher-order finite difference scheme is employed for the spatial distributions along with the second order Adams-Bashforth and the first order backward-Euler time integration. In x-y plane, the convection term is applied by the 5th order upwind scheme and the pressure and viscosity terms are applied by the 4th order central difference. And in spanwise, Navier-Stokes equation is distributed using of Spectral Method. At Reynolds number 259 the two-dimensional wake becomes linearly unstable to a second branch of modes with wavelength about 1.0 diameters at onset (B-mode). Present results of three-dimensional effects of in wake of a circular cylinder is represented with spanwise and streamwise vorticity contours as Reynolds numbers.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.12
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pp.3970-3979
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1996
A fluid flow inside a circular cylinder subject to horizontal, circular oscillation is analyzed numerically and experimentally. The steady streaming velocities at the edges of the boundary layers on the bottom and side surfaces of the cylinder obtained in the previous paper are used as the boundary conditions in the governing equations for the steady flow motion in the interior region. The Stokes' drift velocity obtained in the previous paper also constitutes the Lagrangian velocity which is used in the momentum equations. It turns out that the interior steady flow is composed of one cell, ascending at the center and descending near the side surface, at the streaming Reynolds number 2500. However, at the streaming Reynolds number 25, the flow field is divided into two cells resulting in a descending flow at the center. The experimentally visualized flow patterns at the bottom surface agree well with the analytical solutions. The visualization experiment also confirms the flow direction as well as the center position of the cell obtained by the numerical solutions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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