Turbulent boundary layer over a flat plate was disturbed by installing an elliptic cylinder with an axis ratio of AR=2. For comparison, the same experiment was carried out for a circular cylinder having the same vertical height. The surface pressure and the heat transfer coefficient on the flat plate were measured with varying the gap distance between the elliptic cylinder and the flat plate. The mean velocity and the turbulent intensity profile of the streamwise velocity component were measured using a hot-wire anemometry. As a result, the flow structure and the local heat transfer rate were modified by the interaction between the cylinder wake and the turbulent boundary layer as a function of the critical gap ratio where the regular vortices start to shed. For the elliptic cylinder, the critical gap ratio is increased and the surface pressure on the flat plate is recovered rapidly at downstream location, compared with the equivalent circular cylinder. The maximum heat transfer rate occurs at the gap ratio of G/B = 0.5, where the flow interaction between the lower shear layer of the cylinder wake and the turbulent boundary layer is strong.
Two-dimensional flow over a pair of circular cylinders in a side-by-side arrangement at low Reynolds numbers has been numerically investigated in this study Numerical simulations are performed, using the immersed boundary method, for the ranges of 40$\leq$Re$\leq$160 and $g^{*}$<5, where Re and $g^{*}$ are, respectively, the Reynolds number and the spacing between the two cylinder surfaces divided by the cylinder diameter. Results show that a total of six kinds of wake patterns are observed over the ranges: antiphase-synchronized, inphase-synchronized, flip-flopping, single bluff-body, deflected, and steady wake patterns. It is found that the characteristics of the flow significantly depends both on the Reynolds number and gap spacing, with the latter much stronger than the former. Instantaneous flow fields, time traces, flow statistics and so on are presented to identify the wake patterns and then to understand the underlying mechanism. Moreover, the bifurcation phenomenon where either of two wake patterns can occur is found at certain flow conditions.ons.
In this work, we numerically investigate the effect of viscoelasticity on 2D laminar vortex dynamics in flows past a single rotating cylinder for rotational rates $0{\leq}{\alpha}{\leq}5$ (the rotational rate ex is defined by the ratio of the circumferential rotating velocity to free stream velocity) at Re=100, in which the vortex shedding has been predicted to occur in literature for Newtonian fluids. The objective of the present research is to develop a promising technique to fully suppress the vortex shedding past a bluff body by rotating a cylinder and controlling fluid elasticity. The predicted vortex dynamics with the present method is consistent with the previous works for Newtonian flows past a rotating cylinder. We also verified our method by comparing our data with the literature in the case of viscoelastic flow past a non-rotating cylinder. For $0{\leq}{\alpha}{\leq}1.8$, the frequency of vortex shedding slightly decreases but the fluctuation of drag and lift coefficient significantly decreases with increasing fluid elasticity. We observe that the vortex shedding of viscoelastic flow disappears at lower ${\alpha}$ than the Newtonian case. At ${\alpha}$=5, the relationship between the frequency of vortex shedding and Weissenberg number (Wi) is predicted to be non-monotonic and have a minimum around Wi=0.25. The vortex shedding finally disappears over critical Wi number. The present results suggest that the vortex shedding in the flow around a rotating cylinder can be more effectively suppressed for viscoelastic fluids than Newtonian fluids.
The main objective of the research is to develop a research code solving transient incompressible Navier-Stokes equation. In this research code, Adams-Bashforth method was applied to the convective terms of the navier stokes equation and the splitted equations were discretized spatially by finite element methods to solve the complex geometry problems easily. To reduce the divergence on the boundaries of pressure poisson equation due to the unsuitable pressure boundary conditions, multi step approximation pressure boundary conditions derived from the boundary linear momentum equations were used. Simulations of Lid Driven Flow and Flow over Cylinder were conducted to prove the accuracy by means of the comparison with results of the previous workers.
Two engines, one is conventional DOHC 4 valve and the other is narrow valve angle, were used to compare the characteristics of swirl motion generation in the cylinder. One intake port is deactivated to induce swirl flow. A PIV (Particle Image Velocimetry) was applied to measure in-cylinder velocity field according to inlet valve angle during intake and compression stroke. The results show that the flow patterns of narrow valve engine are much more stable and well arranged compared with the normal engine over the entire intake and compression stroke except early intake stage, and very strong swirl motion is generated at the end of compression stage in this engine nevertheless using straight port which is unfavorable for swirl generating. In the normal engine, however, strong swirl motion induced during intake stroke is destroyed as the compression progresses.
The noise sources from a rotating cylinder were identified to describe the blunt trailing edge noise. Firstly, LES formulation was applied to a non-orthogonal grid system and was tested with three-dimensional cross-flow over a cylinder with a yaw angle. The computed far-field noise showed peaks at Strouhal numbers ranging from 0.135 to 0.165 for the yawed cylinder flow with end-plates placed at both extremes under the yaw angle of $30^{\circ}$ and Reynolds number of $1.15{\times}10^4$. It was observed that the slantwise shedding at angles other than the cylinder yaw angle is intrinsic to inclined cylinder, with the result of shedding angles between $15^{\circ}$ and $31^{\circ}$. To study the trailing-edge wake thickness and unsteady lift-coefficient distribution in the span-wise direction of a rotating fan blade, the flows around rotating cylinder with 1,000 rpm were simulated and the far-field noise was exactly computed using the Ffowcs-Williams and Hawkings equation with quadrupole source term. The incoming velocities and stagnant zones were continuously distributed along the cylinder, and their changes made the Strouhal sheddings to occur at different phases even at almost same Strouhal number.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제36권8호
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pp.1091-1096
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2012
유한체적법을 기반으로 나비에 스톡스 방정식을 비구조격자로 풀어 실린더 주위의 공력특성을 규명하였다. 보텍스, 속도, 압력, 잔차, 항력계수 등의 데이터를 가지고 분석하였고 레이놀즈 수는 50, 100이다. 유동특성은 Re>50에서 주기적으로 진동하는 소용돌이를 후류에 형성하며 이 현상은 이동하는 실린더에서도 유사한 현상을 보여 주었다. 지면효과는 실린더 위쪽에서 형성된 소용돌이가 벽면에 근접할수록 실린더의 후방으로 길게 늘어나는 형상을 보이고, 실린더와 근접벽면 사이의 유속이 정체되어 실린더와 벽면 사이의 간격이 0.6 에서는 근접 평판과 실린더 사이의 유동이 거의 끊겨짐을 알 수 있었다. 본 수치계산의 검증을 위하여 항력계수를 타 연구결과와 비교하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제16권4호
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pp.39-49
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1992
The coherent wake structures behind a spinning cylinder placed in a uniform flow were experimentally investigated by means of phase averaging technique. With a fixed cylinder Reynolds number (Re=6,600), the conditionally sampled velocity vectors were obtained at a section of 3.0 and 10 diameters behind the cylinder for the range of spin parameter S(the ratio of the peripheral velocity to that of the uniform flow) 0 to 2. Spectral analysis and vorticity contours of the velocity data show that up to S=1.2, a Karman vortex street exists within the wake, however, the coherent structures become obscure and their vorticity strength decreases as S increase. Beyond S=1.2, a distinct vortex shedding frequency no longer exists, furthermore coherent structures disappear when S is over 1.6.
A cycle simulation program is developed and its predictions are compared with the test bed measurements of a direct injection (DI) diesel engine. It is based on the mass and energy conservation equations with phenomenological models for diesel combustion. Two modeling approaches for combustion have been tested; a multi-zone model by Hiroyasu et al (1976) and the other one coupled with an in-cylinder flow model. The results of the two combustion models are compared with the measured imep, pressure trace and NOx and soot emissions over a range of the engine loads and speeds. A parametric study is performed for the fuel injection timing and pressure, the swirl ratio, and the squish area. The calculation results agree with the measured data, and with intuitive understanding of the general operating characteristics of a DI diesel engine.
열교환기의 전열관군은 전열관군 외부로 흐르는 유동에 의해 유동 유발 진동이 일어나며 이것으로 말미암아 전열관군에서 파손을 야기할 수 있어서 열교환기의 구조적 안정성을 위해 열교환기의 전열관군에서 유동 유발 진동 특성을 규명할 필요가 있다. 일반적인 열교환기 전열관군에서 유동 유발 진동에 관한 실험적 연구는 기존에 많이 진행되어 오고 있으며 유동 유발 진동에 대한 무차원 PSD(Power Spectral Density) 함수를 무차원 주파수인 Strouhal 수, fU/U의 함수로 도출된 실험적 결과들이 도출되어 있다. 본 연구는 열교환기 단일 원관에서 유동 유발 진동에 관한 기존의 연구들의 결과를 전산유체해석을 통해 검증하고 배열회수 보일러의 전열관군의 유동 유발 진동 특성에 적용하기 위한 기반을 마련하는 것을 목적으로 한다. 이러한 것을 위해 단일 원관에서 비정상 상태 유동해석을 수행하여 주기적인 와동 발생 특성과 원관에서의 양력과 항력의 변화 특성을 살펴보았다. 또한 원관에서 양력과 항력의 변동 특성으로부터 유동 유발 진동에 따른 PSD 특성 결과를 도출하여 기존의 연구들과 비교를 통해 원관 주위의 PSD 특성을 살펴보았으며 양력과 항력의 진폭과 주파수의 특성을 규명하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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