Fins are widely used for roll stabilization of passenger ferries and high performance naval ships, among others. The Coanda effect is noticeable when a jet stream is applied tangentially to a curved wing surface since the jet can augment the lift by increasing the circulation. The Coanda effect has been found useful in various fields of aerodynamics and speculated to have practical applicability in marine hydrodynamics where various control surfaces are used to control motions of ships and the other offshore structures. In the present study, numerical computations have been performed to find proper jet momentum coefficients $C_j$ and trailing edge shapes suitable for the application of the Coanda effect to a stabilizer fin. The results show that the lift coefficient of the modified Coanda fin at the zero angle of attack ${\alpha}$ identically coincides with that of the original fin at ${\alpha}\;=\;25^{\circ}$ when Coanda jet is supplied at the rate of $C_j$ = 0.1. It is also shown that a fixed type fin stabilizer utilizing the Coanda effect can be implemented without changing the fin angle to actively control the motions of ships and the other offshore structures.
The Coanda effect is noticeable when a jet stream is applied tangential to a curved surface since then the jet stream remains attached to the surface beyond the point where flow separates otherwise and results in augmentation of circulation and lift. Numerous experimental and numerical studies have been performed in various fields of aerodynamics to exploit the Coanda effect and many of them found to be useful. It can be speculated that the Coanda effect may have practical application to the field of marine hydrodynamics as well since various control surfaces are being used to control behaviors of ships and offshore structures. In the present study, the Coanda effect has been applied to a horn type rudder and a series of numerical computations and model experiments are performed to find the practical applicability. The results indicate that the Coanda jet increases the lift coefficient of the rudder as much as 52% at the momentum coefficient $C_j$ = 0.1 and the rudder angle ${\alpha}=10^{\circ}$.
In this study, the Coanda effect inducing bump was applied to improve the film cooling effectiveness on the flat plate with $30^{\circ}$ and $45^{\circ}$ angled rectangular slots. The slot length to width ratio was 6. A cylindrical cap shaped structure, called Coanda bump, was installed at the exit of the slot to generate Coanda effect. The width and height of the bump was 10.5 mm and 1 mm, respectively. The film cooling effectiveness was measured at the fixed blowing ratio, M=2.0, using pressure sensitive paint (PSP) technique. The mainstream velocity was 10 m/s and the turbulence intensity was about 0.5%. Results showed that the film cooling effectiveness for case of $30^{\circ}$ angled slot was higher than that of $45^{\circ}$ angled slot. It was found that there was no positive effect of Coanda effect on the overall averaged film cooling effectiveness for the $30^{\circ}$ angled slot. On the other hand, for the $45^{\circ}$ angled slot, the film cooling effectiveness was improved with the installation of the Coanda bump.
이차원 초음속 코안다 유동의 특성에 관한 실험적 연구가 진행되었다. 다양한 슬롯높이대 코안다 벽의 곡률반경 비 및 표면거칠기, 그리고 제트의 전압 변화에 대하여 충격파 구조 및 이력현상과 같은 코안다 유동의 특성이 유동가시화를 통하여 관찰되었다. 그 결과 초음속 코안다 제트의 이력현상은 코안다 표면거칠기의 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한 강한 압축성 주제트의 추력편향제어를 위하여 이러한 동축류 코안다 유동이 적용되었고, 이 경우 유체역학적 추력제어의 성능은 코안다 플랩의 곡률반경에 대한 슬롯높이의 비 뿐만 아니라 주제트의 전압에 큰 영향을 받음이 확인되었다.
질소산화물 저감에 큰 효과가 있는 MILD 연소는 고온의 배기가스가 연소로내에 유입되는 양에 따라 질소산화물 저감 특성이 많은 영향을 받는다. 본 연구에서는 동심원관 형태의 MILD 연소로에서 바깥 원통의 배기가스 통로에서부터 안쪽 원통의 연소통로 사이에 연결관을 설치하고 배기가스를 유입하기 위해 coanda 노즐을 사용하였다. 이러한 coanda 노즐의 기하학적 형상 변화에 따라 고압공기 유량, 배기가스 유입량 특성을 수치해석을 통해 살펴봄으로써 최적의 coanda 노즐 형상을 도출하는 것을 본 연구의 목적으로 하였다. 본 연구의 전산 해석의 결과는 conada 노즐의 노즐 통로 간격이 0.5 mm, 노즐 각도 $4^{\circ}$, 노즐 확관 길이 146 mm일 때 최적의 유입량비가 되었고 노즐 통로 수직 길이는 유입량비에 무관하였다.
The shape of a conventional full spade rudder has been modified to implement the Coanda effect and consequential changes in the flow characteristics are carefully examined to show the significant enhancement in the lift performance. A preliminary numerical study has been done to identify the optimum configuration of the modified rudder sections. For the purpose, chord wise locations of the jet slit and the radii of the trailing edge were varied in several ways and the changes in the lift characteristics have been observed at the various angles of attack, particularly focusing on the usefulness of the Coanda effect upon delaying the stall or increase in the circulation. Making the most use of the results so attained, full spade rudder of a VLCC has been reformed to realize the Coanda effect. A series of model experiments and numerical simulations are performed to confirm the effectiveness of the Coanda effect in improving the performance of the modified rudder. It is found that considerable enhancement in the lift performance of the rudder is plausible at any rudder angle if an optimum jet momentum is provided.
The Coanda effects demonstrate that a jet stream applied tangential to a curved surface can generate lift force by increasing the circulation. Many experimental and numerical studies have been performed on the Coanda effect and it is found to be useful in various fields of aerodynamics. The Coanda effect may have practical application to marine hydrodynamics since various control surfaces are being used to control behaviors of ships and offshore structures. In the present study, numerical computations are performed to find the applicability of the Coanda effect to the marine control surfaces. For the purpose, changes in flow characteristics around a flapped foil due to the Coanda effect have been simulated by RANS equations discretized with a cell-centered finite volume method (FVM). In the process, special attention has been given to the influence of jet nozzle arrangement on the lift characteristics of the Coanda foil. It is found that the shape as well as the location of the jet intake and jet exit affects the lift performance of the foil significantly.
거친 바다를 운항하는 선박의 경우 횡 동요로 인해 선박 내의 장비운영 문제 및 탑승객들에게 큰 불편함을 초래한다. 따라서 횡동요 감쇠를 위한 목적으로 빌지 킬, 핀 안정기, 자이로스코프, ART(Anti-Rolling Tank), 타, 플랩 등 다양한 횡 동요 감쇠장치들이 사용되고 있다. 콴다효과는 콴다제트가 곡면의 표면을 따라 흐르며 주위 유동의 순환을 증가시켜 양력을 효과적으로 발생시키는 방법으로 핀의 양력성능을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 모형시험 및 수치계산을 통해 콴다효과를 적용한 고정식 핀 안정기의 사용가능성을 검토하였다. 그 결과 받음각이 $0^{\circ}$에서, 제트모멘텀을 $C_j$ = 0.25 만큼 공급할 때, 기준 핀의 최대 작동각($26^{\circ}$)에서 발생되는 양력과 동일하게 발생되는 것으로 나타났다. 즉 받음각을 변화시키는 기존의 핀 안정기와 달리 받음각을 고정하고, 콴다효과를 통한 제트유동제어만으로 선박의 횡 동요를 능동적으로 제어 할 수 있을 것으로 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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