International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제2권2호
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pp.112-118
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2010
The numerical study about the vortex-induced vibration and vortex shedding in the wake has been presented. Prior to the numerical simulation of flexible riser systems concerning engineering conditions, efficiency validating of the proposed FSI solution method have been performed. The comparison between numerical simulation and published experimental data shows that the CFD method designed for FSI solution could give acceptable result for the VIV prediction of flexible riser/pipe system. As meaningful study on VIV and vortex shedding mode with the focus on flexible riser model systems, two kinds of typical simulation cases have been carried out. One was related to the simulation of vortex visualization in the wake for a riser model subject to forced oscillation, and another was related to the simulation of fluid-structure interaction between the pipes of coupled multi-assembled riser system. The result from forced oscillation simulation shows that the vortex-induced vibration with high response frequency but small instantaneous vibration amplitude contributes to vortex conformation as much as the forced oscillation with large normalized amplitude does, when the frequency of forced oscillation was relatively high. In the multi-assembled riser systems, it has been found that the external current velocity and the distance between two pipes are the critical factors to determine the vibration state and the steady vibration state emerging in quad-pipe system may be destroyed more easily than dual-pipe system.
The flow angle at the inlet and exit of a rotor or stator is an important design parameter involved in the design a fan blade. Flow angles along the radial direction for 3-D stacking are calculated using two kinds of vortex methods, i.e. free vortex method and forced vortex method. The performance test shows that a fan designed by the free vortex method is more efficient than a fan designed by the forced vortex method. As a reference, an imported fan is tested. Even though the straightner of the imported fan is used for the comparison test, the difference of efficiency between the imported fan and the fan designed by the free vortex method is negligible. The noise of the fan designed by the free vortex method is less than that of the imported fan. A bellmouth installed at the fan inlet improved the fan efficiency more than $10\%$.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제33권2호
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pp.259-266
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2009
An experimental study was conducted to investigate the effects of forcing amplitude on the flow structure near the nozzle exit of forced jet diffusion flames. The jet was excited up to the blowout occurrence by a considerable large amplitude with a periodic velocity fluctuation at the tube resonating frequency. In the attached flame regime, we disclosed the very interesting result newly that adding of a moderate forcing amplitude caused the jet flame to become longer in spite of being forced. Particular attention is focused on the turnabout mechanism of vortex roll-up around the elongated flame, which has not been reported previously, and on the inner coherent structure of the forced jet in the attached flame regime. From the velocity and flow visualization results, it was ascertained that the surrounding air due to the occurrence of negative velocity parts was suck into the fuel nozzle. To aid in understanding the rotating phenomenon of coherent structure, we present a schematic diagram of the turnabout mechanism of vortex roll-up. The mechanism of vortex turnabout phenomenon can be easily understood by considering the positive and negative velocity amplitudes about the instantaneous velocity of the forcing flow, as shown in this diagram.
The characteristics of Boussinesq starting forced plumes were investigated in this study. Two distinct periods in the transient plume penetration were identified, namely the Period of Flow Development (PFD) and Period of Developed Flow (PDF). PFD refers to the time period whereby the penetration rate is governed by the complex vortex dynamics initiated by the exit conditions that can include vortex coalescence, vortex leapfrogging, pinching off of the head vortex from the trailing stem and the eventual reconnection. The pinch-off and reconnection leads to an overshoot of the plume front which is a common observation reported in previous studies. The penetration rate in PDF is more predictable and depends on the continuous feeding of buoyancy and momentum into the head vortex by the trailing buoyant-jet stem. Similarity solutions are developed for PDF to describe the temporal variation of the penetration rate, by incorporating the behavior of an isolated buoyant vortex ring and recent laboratory results on the trailing buoyant jet. In particular, the variations of velocity ratios between the head vortex and trailing buoyant jet are analytically computed. To verify the similarity solutions, experiments were conducted on vertical starting forced plumes using planar laser induced fluorescence (PLIF).
Zengshun Chen;Jie Bai;Yemeng Xu;Sijia Li;Jianmin Hua;Cruz Y. Li;Xuanyi Xue
Wind and Structures
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제37권5호
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pp.331-346
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2023
This work investigates the effects of transverse inclination on an aeroelastic prism through forced-vibration wind tunnel experiments. The aerodynamic characteristics are tri-parametrically evaluated under different wind speeds, inclination angles, and oscillation amplitudes. Results show that transverse inclination fundamentally changes the wake phenomenology by impinging the fix-end horseshoe vortex and breaking the separation symmetry. The aftermath is a bi-polar, one-and-for-all change in the aerodynamics near the prism base. The suppression of the horseshoe vortex unleashes the Kármán vortex, which significantly increases the unsteady crosswind force. After the initial morphology switch, the aerodynamics become independent of inclination angle and oscillation amplitude and depend solely on wind speed. The structure's upper portion does not feel the effect, so this phenomenon is called Base Intensification. The phenomenon only projects notable impacts on the low-speed and VIV regime and is indifferent in the high-speed. In practice, Base Intensification will disrupt the pedestrian-level wind environment from the unleashed Bérnard-Kármán vortex shedding. Moreover, it increases the aerodynamic load at a structure base by as much as 4.3 times. Since fix-end stiffness prevents elastic dissipation, the load translates to massive stress, making detection trickier and failures, if they are to occur, extreme, and without any warnings.
The phenomena of energy separation in vortex tubes was investigated experimentally to see the effects of the conductivity of a tube and convective heat transfer on the outer surface of a tube. The experiment was carried out with different conductivity (pyrex, stainless steel and copper) of a tube and three kinds of convective heat transfer modes (adiabatic condition, natural convection (air) and forced convection (water) on the outer surface of a tube. the results were obtained that hot exit fluid temperature was highly affected by a change of conductivity of a tube when the outer surface was cooled by the forced convection of water. However, the cold exit temperature was little affected by heat transfer modes on the outer surface in vortex tubes.
A small scale centrifugal oil separator consisted of two concentric tubes was fabricated for spilt oil recovery. With speed control of the inner tube, its performance of oil separation was investigated. Oil-water mixture is separated by forced vortex motion with the rotating inner tube. Velocity and pressure distributions in the tubes were calculated. Control of rotating speed, which is the most influencing parameter, showed an optimum value 946rpm corresponding to the acceleration of 20g at the inner tube surface. Separation performance was suddenly deteriorated at rotating speed higher than 1200rpm.
A series of model tests was carried out to investigate the vortex-induced vibration (VIV) characteristics of a free hanging PVC pipe under forced oscillation conditions. The prescribed displacement with a period and amplitude was forced at the top of the riser. The motion of the riser along its length was measured with underwater cameras in three dimensions. The top-excited responses in the inline direction and vortex-induced vibration in the cross-flow direction were examined in the time and frequency domains. Multi-peak frequencies in the VIV were demonstrated to be strongly dependent upon the Keulegan-Carpenter number, corresponding with the results of Blevin. It was found that the Reynolds numbers (excitation period) was a critical parameter for the dominant VIV characteristics, even under the condition of using the same Keulegan-Carpenter number, under the top-excited condition. In the resonance at the nth natural frequency by the forced-motion induced VIV frequency, the riser responded with a large amplitude and forced frequency, dominantly in the VIV CF direction.
A Problem of low-velocity forced convection in a channel flow with heated wall is of practical importance and widely considered in the design of devices such as heat exchangers, and electronic equipments. Therefore, there is an urgent need for improving heat transfer performance of heated wall in the channel. In the present study, an oscillating vortex generator method is proposed to enhance the heat transfer in a channel. In this method, a rectangular bars are set in the upstream of heated region of the channel. The bars are forced to oscillate normal to the inflow, and then actively and largely generates transverse vortices behind the bars. As a result, this apparatus can enhance the heat transfer rates remarkably. Because of the interaction between the flow and oscillating bars, the variations of the flow and thermal fields become time-dependent state.
In this study, a program to design a multi-stage axial compressor is developed wi th mean-line analysis and vortex methods. In a preliminary design stage, a method. to design in a short time is needed and mean-line analysis is usually used for this purpose. Arbitrary pressure ratio and reaction can be assigned to generate overall geometry and several vortex methods are adopted to consider the radial distribution of velocity and reaction. The variation of performance, when we use free vortex, forced vortex, and exponential method, is compared and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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