Large Eddy Simulations (LES) were carried out to investigate the aerodynamic characteristics of a rectangular cylinder with side ratio B/D=5 at Reynolds number Re=22,000 (based on cylinder thickness). Particular attention was devoted to the effects of velocity shear in the oncoming flow. Time-averaged and unsteady flow patterns around the cylinder were studied to enhance understanding of the effects of velocity shear. The simulation results showed that the Strouhal number has no significant variation with oncoming velocity shear, while the peak fluctuation frequency of the drag coefficient becomes identical to that of the lift coefficient with increase in velocity shear. The intermittently-reattached flow that features the aerodynamics of the 5:1 rectangular cylinder in non-shear flow becomes more stably reattached on the high-velocity side, and more stably separated on the low-velocity side. Both the mean and fluctuating drag coefficients increase slightly with increase in velocity shear. The mean and fluctuating lift and moment coefficients increase almost linearly with velocity shear. Lift force acts from the high-velocity side to the low-velocity side, which is similar to that of a circular cylinder but opposite to that of a square cylinder under the same oncoming shear flow.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.7
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pp.957-966
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2000
The effect of rotation on the discharge coefficient of orifices with various length-to-diameter ratios and two different inlet corner radii was studied. Length-to-diameter ratios of the orifices range from 0.2 to 10, while the inlet shapes are square edged, or round edges of radius-to-diameter ratio of 0.5. From the experiment, we found that rotational discharge coefficient and Rotation number, when based on ideal exit velocity of the orifice considering momentum transfer from the rotor, describe the effect of rotation very well. In this study, the discharge coefficients of rotating orifices are shown to behave similar to those of the well-known non-rotating orifices. For both rotating and non-rotating orifices, the discharge coefficients increase with the length-to-diameter ratio until a maximum is reached. The flow reattachments in the relatively short orifices are responsible for the increase. The coefficient then decreases with the length-to-diameter ratio due to the friction loss along the orifice bore. The length-to-diameter ratio that yields maximum discharge coefficient, however, increases with the Rotation number because the increased flow-approaching angle requires larger length-to-diameter ratio for complete reattachment. The length-to-diameter ratio for complete reattachment is shorter for round edged orifices than that of square edged orifices by about a unit length-to-diameter ratio.
In this paper, we present a detailed mechanism of drag reduction by dimples and roughness on a sphere by measuring the streamwise velocity above the dimpled and roughened surfaces, respectively. Dimples cause local flow separation and trigger the shear layer instability along the separating shear layer, resulting in generation of large turbulence intensity. With this increased turbulence, the flow reattaches to the sphere surface with high momentum near the wall and overcomes strong adverse pressure gradient formed in the rear sphere surface. As a result, dimples delay main separation and reduce drag significantly. The present study suggests that generation of a separation bubble, i.e. a closed-loop streamline consisting of separation and reattachment, on a body surface is an important flow-control strategy for drag reduction on a bluff body such as the sphere and cylinder. In the case of roughened sphere, the boundary layer flow is directly triggered by roughness and changes to a turbulent flow. Due to this change, the drag significantly decreases. As the Reynolds number further increases, transition to turbulence occurs earlier on the sphere surface. Because of faster growth of turbulent boundary layer by roughness, earlier transition thickens the boundary layer, resulting in earlier separation and drag increase with increasing Reynolds number
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.7
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pp.927-936
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2002
An experimental study has been conducted to investigate the heat/mass transfer characteristics within a film cooling hole of square cross-section for various blowing ratios and Reynolds numbers. The experiments have been performed using a naphthalene sublimation method and the flow field has been analyzed by numerical calculation using a commercial code. A duct flow enters into a film cooling hole in a cross-direction. For the film cooling hole with square cross-section, it is observed that the reattachment of separated flow and the vortices within the hole enhance considerably the heat/mass transfer around the hole entrance region. The heat/mass transfer on the leading edge side of hole exit region increases as the blowing ratios decrease because the main flow induces a secondary vortex. Heat/mass transfer patterns within the square film cooling hole are changed little with the various Reynolds numbers.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.3
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pp.213-220
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2002
Modifying effects of the rectangular forward step for suppressing the unsteady pressure fluctuation during interaction between the upstream vortical flow and the edge are studied numerically. The vertical flow is modeled by a point vortex, and the unsteady pressure coefficient is obtained from the velocity and the potential fields. To investigate the effects of the edge shape the rectangular forward step is chamfered wish various angles. Calculation shows that the pressure peaks become decreased by increasing the vortex height as well as the chamfering angle. The pressure amplitudes are very sensitive to the change of the initial vertex height and its strength. From this study we can find out that the chamfered edge has two effects; the one is that it suppresses the pressure amplitude generated from the edge, and the other is that it decreases the time variation of unsteady pressure fluctuation. These modifying concepts can be applied to attenuate the self-sustained oscillation mechanism at the open cavity flow.
In this study, a passive control using a boat-tail device is conducted for a three-dimensional car model in ground proximity. We consider various boat-tails and investigate the mechanism of drag reduction by them. By varying the length and slant angle of boat-tail, we obtain drag reductions up to 40%. From the oil-surface flow visualization and hot-wire measurement, the drag reduction by the boat-tail is characterized by the shear-layer instability and reattachment on the boat-tail, forming a small separation bubble at the upstream part of boat-tail surface, resulting in the delay of main separation and drag reduction. At high slant angles, the flow fully separates and drag is nearly same as that of no control.
This paper is concerned with the effects of periodically approaching upstream wakes on cascade-flow and loss. The reduced frequency of the periodic wakes was varied in the narrow range from 0.5 to 0.7. According to a wake-passing through the cascade, two velocity deficits appear near the boundary layer contour in the downstream from about 60% chord-length. The first velocity deficit is caused by a periodic wake and the second one appears after some delayed time. The second velocity deficit may be interpreted as the results of reattachment of flow-separation. The higher reduced frequency decreases the duration time of separation appearance and the lesser loss of aerofoil is resulted.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.6
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pp.874-887
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1998
A 2-frame PTV (particle tracking velocimetry) system using the concept of match probability between two consequent image frames has been developed to obtain instantaneous velocity fields. The overall 2-frame PTV system including image pre-processing, tracking algorithm and post-processing routine was implemented to apply to real flows. The developed 2-frame PTV system has several advantages such as high recovery ratio of velocity vectors, low error ratio and small computational time compared with the conventional 4-frame PTV and the FFT-based cross-correlation PIV technique. The 2-frame PTV system was applied to a turbulent channel flow over a rectangular block to check its reliability and usefulness. Total 96 sequential image frames have been captured and processed to get both mean and fluctuating velocity vector fields over the recirculating region. The mean velocity and turbulent intensity profiles were well agreed with hte LDV measurements in the separated region behind the block. Time-averaged reattachment length is about 6.3 times of the block height.
In engineering application of large eddy simulation, there are still questions as follows grid dependency on numerical results, the effect of upwind scheme against a calculation instability, appropriate boundary conditions dealing with turbulence fluctuation and the performance of SGS models. In this study, in order to develop the LES to the engineering application, large eddy simulation was carried out to investigate the effect of upwind scheme, turbulent subgrid model and the grid dependancy of the flow around a wall-mounted cube in a channel at Re=40,000 based on cubic height and bulk mean velocity. The computed velocities, turbulence quantities, separation and reattachment length were evaluated compared with the experimental results of R. Matinuzzi and C. Tropea.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.5
no.2
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pp.35-44
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1999
High negative pressure coefficient is formed in the corner of the bluff body structures. For many curtain wall designers this phenomena is of interest because this high negative pressure coefficient is adopted in structural calculation. The present study is aimed to investigate shedding vortex characteristics of two-dimensional rectangular prism flow. Unsteady calculation by finite difference method based upon SOLA is carried out for three aspect ratios(1:1, 1:2, 1:3) of Re=10$^4$ in viscous incompressible flow within infinite domain. Fluctuation of velocity components at various pick-up points and time variation of drag and lift coefficients are analysed by FFT method to reveal shedding vortex frequency patterns. At aspect ratio 1:1, one primary Strouhal number appears for about all pick-up points. At aspect ratio 1:2, two representative Strouhal numbers are classified by pick-up positions and their flows show two different reattachment patterns. For aspect ratio 1:3, frequency spectrum maintains multiple peaks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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