Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.56
no.4
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pp.361-372
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2019
The flow pattern of air layers and skin-friction drag reduction by air injection are investigated to find the suitable multiphase flow model using unstructured finite-volume CFD solver for the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. In the present computations, two different multiphase flow modeling approaches, such as the Volume of Fluid (VOF) and the Eulerian Multi-Phase (EMP), are adopted to investigate their performances in resolving the two-phase flow pattern and in estimating the frictional drag reduction. First of all, the formation pattern of air layers generated by air injection through a circular opening on the bottom of a flat plate are investigated. These results are then compared with those of MMkiharju's experimental results. Subsequently, the quantitative ratios of skin-friction drag reduction including the behavior of air layers, within turbulent boundary layers in large scale and at high Reynolds number conditions, are investigated under the same conditions as the model test that has been conducted in the US Navy's William B. Morgan Large Cavitation Channel (LCC). From these results, it is found that both VOF and EMP models have similar capability and accuracy in capturing the topology of ventilated air cavities so called'air pockets and branches'. However, EMP model is more favorable in predicting quantitatively the percentage of frictional drag reduction by air injection.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.8
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pp.1153-1163
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2002
A transient analysis on temperatures of fuel and oil in hydraulic and lubrication systems in an aircraft was studied using the finite difference method. Numerical calculation was performed by an explicit method with modified Dufort-Frankel scheme. Among various missions, air superiority mission was considered as a mission model with 20% hot day ambient condition in subsonic region. The ambience of the aircraft was assumed as turbulent flow. Convective heat transfer coefficient were used in calculating heat transfer between the aircraft surface and the ambience. For an aircraft on the ground, an empirical equation represented as a function of free-stream air velocity was used. And the heat transfer coefficient for flat plate turbulent flow suggested by Eckert was employed for in-flight phases. The governing equations used in this analysis are the mass and energy conservation equations on fuel and oils. Here, analysis of fuel and oil temperature in the engine was not carried out. As a result of this analysis, the ground operation phase has shown the highest temperature and the largest rate of temperature increase among overall mission phases. Also, it is shown that fuel flow rate through fuel/oil heat exchanger plays an important role in temperature change of fuel and oil. This analysis could be an important part of studies to ensure thermal stability of the aircraft and can be applicable to thermal design of the aircraft fuel system.
Kim, Chae-Hyoung;Jeong, Eun-Ju;Jeung, In-Seuck;Kang, Sang-Hun;Yang, Soo-Seok
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.12
no.2
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pp.24-32
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2008
A non-reacting experimental study on a normal injection into a Mach 1.92 crossflow which flows over various geometries(flat plate, small cavity, large cavity) was carried out to investigate the effect of the momentum flux ratio(J). The aft ramp of the cavity advances the increase of the penetration height and the strong two-dimensional shock from recompression region mainly affects the shock structure and mixing layer at the downstream flow. As flow runs downward, the transverse penetration height increases with increasing J(J = 0.9, 1.7, 3.4). However, above some critical ratio, jet penetration height growth with increasing J is not appeared in flow-field. Large scale cavity has a good mixing efficiency but it increases the drag loss in the combustor.
Park, Ki-Hong;Min, June-Kee;Kim, Jin-Kyu;Kang, Seok-Hoon;Kim, Seong-Jin;Park, Sang-Hu
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.28
no.8
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pp.975-983
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2011
A microfin on a heated surface and its effects of the heat transfer has been investigated. The thickness of the fin is about 8 micrometer to allow the flexible up-down motion of the fin. Two-way complete FSI (Fluid-Structure Interaction) method has been applied for the analysis. Firstly, the deformation of a microfin due to the pulsating flow is evaluated using structure analysis. The flow and temperature patterns are predicted by CFD (Computational Fluid Dynamics) method. At each time step, using the pressure force and temperature distribution from CFD, the deformation of the wing is evaluated by FEM. Also in order to estimate the resonance probability, the natural frequency of the wing structure is calculated by modal analysis. The proposed numerical procedure was validated through experiment using a single fin. Through this work, we show that the increase of 40% in heat transfer capacity using the microfin has been compared with that of flat plate case.
Journal of the Institute of Convergence Signal Processing
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v.20
no.4
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pp.199-204
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2019
In the boundary layer, vortical system has been analyzed by the statistical methods to identify the vortex interaction. However, there are the limitations in explaining vortices by the mean velocity or the standard deviation. This paper proposed a method to establish a frequency analysis by Fourier transform in order to simultaneously investigate various scale vortices. For this purpose, the flow visualization conducted to reveal a standing vortex, a hairpin vortex and a wake region around a hemisphere attached on a flat plate in a water channel. In addition, the velocity where the hairpin vortex was being generated in the wake region was measured by a hot-film anemometer. To observe changes in the vortex interaction, suction was applied through a hole in front of the hemisphere. For the evaluation of the proposed frequency analysis, the existing statistical results were compared to the frequency analysis that corresponds to the qualitative results of the flow visualization.
The present study has been conducted to understand the heat and mass transfer characteristics of humid airflow in frosting conditions. A flat plate of aluminum was used for the simulation of flat surface part of the fin of the heat exchanger. The aluminum surface temperatures were measured and analyzed to clarify the heat and mass transfer characteristics under frosting conditions. Also, the pressure drops were measured to clarify the air-blocking effect of frost in the mini channel of the air-side hoot exchangers. A data reduction method was developed far the analysis of local characteristics of humid air under frosting conditions.
Jang, Jinho;Choi, Soon Ho;Ahn, Sung-Mok;Kim, Booki;Seo, Jong Soo
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.2
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pp.363-379
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2014
In an effort to cope with recent high oil price and global warming, developments of air lubricated ships have been pursued to reduce greenhouse gas emissions and to save fuel costs by reducing the frictional resistance. In this study, reduction in the frictional resistance by air lubrication with air layers generated on the lower surface of a flat plate was investigated experimentally in the large water tunnel of SSMB. The generated air layers were observed, and changes in the local frictional drag were measured at various flow rates of injected air. The results indicated that air lubrication with air layers might be useful in reducing the frictional resistance at specific conditions of air injection. Accordingly, resistance and self-propulsion tests for a 66K DWT bulk carrier were carried out in the towing tank of SSMB to estimate the expected net power savings.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.3
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pp.341-351
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2016
In this present work, the effect of hole shapes, orientation and hole arrangements on film cooling effectiveness has been carried out. For this work a flat plate has been considered for the computational model. Computational analysis of film cooling effectiveness using different hole shapes with no streamwise inclination has been carried out. Initially, the model with an inclination of $30^{\circ}$ has been verified with the experimental data. The validation results are well in agreement with the results taken from literature. Five different hole shapes viz. Cylindrical, Elliptic, Triangular, Semi-Cylindrical and Semi-Elliptic have been compared and validated over a wide range of blowing ratios. The blowing ratios ranged from 0.67 to 1.67. Later, orientation of holes have also been varied along with the number of rows and hole arrangements in rows. The performance of film cooling scheme has been given in terms of centerline and laterally averaged adiabatic effectiveness. Semi-elliptic hole utilizes half of the mass flow as in other hole shapes and gives nominal values of effectiveness. The triangular hole geometry shows higher values of effectiveness than other hole geometries. But when compared on the basis of effectiveness and coolant mass consumption, Semi-elliptic hole came out to give best results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.7
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pp.939-947
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1997
An experimental study of the skin friction measurement in a turbulent boundary-layer has been carried out. The skin friction measurements are made using the laser interferometer skin friction (LISF) meter, which optically detects the rate of thinning of an oil applied to the test surface. This technique produces reliable skin friction data over a wide range of flow situations up to 3-dimensional complicated flows with separation, where traditional skin friction measurement techniques are not applicable. The present measured data in a turbulent boundary-layer on a flat plate using the LISF technique shows a good comparison with the result from the previous velocity profile techniques, which proves the validity of the present technique. An extensive error analysis is carried out for the present technique yielding an uncertainty of about .+-.8%, which makes them suitable for CFD code validation purposes. Finally the measurements of the skin friction in a separated region after a surface-mounted obstacle are also presented.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.32
no.8
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pp.1-11
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2004
A comprehensive study has been made for the investigation of the convergence and stability characteristics of the LU scheme for solving the Navier-Stokes equations on unstructured meshes. For this purpose the characteristics of the LU scheme was initially studied for a scalar model equation. Then the analysis was extended to the Navier-Stokes equations. It was shown that the LU scheme has an inherent stiffness in the streamwise direction. This stiffness increases when the grid aspect ratio becomes high and the cell Reynolds number becomes small. It was also shown that the stiffness related to the grid aspect ratio can be effectively eliminated by performing proper subiteration. The results were validated for a flat-plate turbulent flow.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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